作者单位
摘要
中国科学院上海微系统与信息技术研究所集成电路材料全国重点实验室,上海 200050
太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器都是基于子带间电子跃迁的半导体器件,具有体积小、频率可调、响应速度快等优点。其工作波长位于微波波长和红外波长之间,其光谱涵盖了众多气体分子、化合物以及凝聚态物质的频谱特征,在天文观测、公共安全、生物医药等领域中有重大应用前景。近年来,太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器的性能有了显著提高,其应用也受到关注。回顾了太赫兹量子级联激光器和量子阱探测器的发展历程,简述了其工作原理和器件结构,介绍了器件性能在工作温度、光谱范围等方面的最新进展及其在高分辨光谱、太赫兹成像、无线宽带通信等方面的应用,并在此基础上分析了目前存在的问题和研究热点,对其未来发展进行了展望。
光学器件 太赫兹技术 量子级联激光器 量子阱探测器 
中国激光
2024, 51(1): 0114001
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 江苏大学物理与电子工程学院, 江苏镇江 212013
提出一种基于电场驱动的 GaAs基微带超晶格高阶谐波产生的太赫兹倍频器, 利用平衡方程方法分析了倍频器在磁场下峰值功率输出和在参数空间(Edc,Eac)的分布情况。研究表明, 在 (Edc,Eac)的参数平面内, 磁场对二次和三次谐波功率的峰值影响不大, 但磁场会拓宽谐波输出功率的峰值区域, 提高在 (Edc,Eac)参数空间内输出峰值功率的概率。当 Eac确定时, 谐波发射功率峰值的位置会受到直流电场产生的布洛赫振荡频率 fB、交流电场产生的调制布洛赫振荡频率 fMB和磁场引起的回旋振荡频率 fc的影响而发生变化。研究表明, 基于半导体超晶格的太赫兹倍频器是很有应用潜力的太赫兹波发生器件。
超晶格 太赫兹 谐波 倍频器 semiconductor superlattice terahertz harmonics frequency multiplier 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 517
冯伟 1毛雨 1孟悦 1任天亮 1[ ... ]曹俊诚 2,3,**
作者单位
摘要
1 江苏大学 物理与电子工程学院,江苏 镇江 212013
2 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 集成电路材料全国重点实验室,上海 200050
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)是依赖电子在量子阱子带间跃迁辐射出光子而发生激射的单极型半导体激光器。大量的理论与实验研究已经证明轻微的外部扰动(如光反馈、光注入)或内部足够强的非线性模式耦合能够引起半导体激光器的非线性输出。QCL作为新型半导体器件,具有腔内强度高、子带间光学非线性强以及电子弛豫时间快等特点,激发了学者研究其非线性动力学的兴趣。本文详细综述了QCL的非线性动态特性研究进展情况,探究了QCL非线性动力学性质的产生机理,总结了QCL非线性特性的应用场景。
量子级联激光器 半导体激光器 外部扰动 非线性动力学 quantum cascade lasers semiconductor lasers external perturbations nonlinear dynamics 
红外与毫米波学报
2023, 42(6): 762
史佳琦 1†曹俊诚 *†
作者单位
摘要
中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室,上海 200050
工作于太赫兹波段的功能器件常以硅、锗等高折射率材料为界面,这会导致界面与空气的阻抗失配,从而引起不必要的光能损失。在界面镀制增透膜可以有效减小反射率、增加透射率,从而大大提高器件性能,因此增透膜的研制具有重要意义。基于上述的应用需求,首先介绍太赫兹增透膜的研究意义,然后着重介绍目前国内外制备太赫兹增透膜的几种常见方法,并分析各自的优缺点,最后对太赫兹增透膜的研究进行总结和展望。
太赫兹波段 增透膜 折射率 透过率 
激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811009
作者单位
摘要
激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811000
吴昌林 1,2王长 1,2,*曹俊诚 1,2,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室,上海 200050
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心,北京 100049
红外和太赫兹范围内的扫描近场光学显微镜能够突破衍射极限,实现更小的空间分辨率,在纳米尺度结构的光学特性分析检测方面具有重要应用。为了进一步理解探针与样品的相互作用,对探针近场的分析和数值描述是必不可少的。基于真实的探针形状的解析模型,结合数值模拟的开发了源偶极子模型(SDM),能够直接获得近场检测信息,提高计算效率。基于模拟结果,解释了天线效应、尖端半径影响和电荷量的影响,并将SDM模型结果与全波仿真(FWS)结果进行了比较。为进一步理解近场光学显微镜中的针尖-样品结提供了新的视角。
太赫兹 近场显微技术 数值模拟 偶极模型 光学性质 terahertz nearfield microscopy numerical simulation dipole model optical properties 
红外与毫米波学报
2023, 42(5): 643
王长 1,2,*宋高辉 1,2谭智勇 1,2曹俊诚 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
太赫兹(THz) 成像是 THz 技术应用的重要方向之一。基于 THz 量子级联激光器(QCL) 和 THz 量子阱探测器(QWP) 等半导体光子学器件的 THz 成像系统具有结构紧凑、空间分辨率高、成像信噪比较高等优点, 已成为当前研究的热点领域。对国内外关于 THz QCL 和 THz QWP 器件在远场和近场成像应用方面的研究进行了系统综述, 分析了 THz 成像系统的构成和成像效果, 总结了各 THz 成像系统的性能参数情况, 并探讨了 THz 成像系统性能提升的途径及其应用前景。
激光技术 成像 太赫兹 量子级联激光器 量子阱探测器 laser techniques imaging terahertz quantum cascade laser quantum well photodetector 
量子电子学报
2023, 40(2): 181
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
随着太赫兹技术、低温电子学和射电天文学的发展, 对可低温环境下工作的集成封装式跨阻放大芯片的需求增加。本文针对一种 Ge-Si基底型跨阻放大器, 主要研究了其深低温环境下的电学性能, 获得了 8K温度下放大器芯片的典型端口电流-电压特性曲线和增益曲线, 得到了在 0.1~3 GHz频带内较为平坦的增益效果; 为了验证其对太赫兹光电信号的放大功能, 将该跨阻放大器与太赫兹量子阱探测器集成封装, 并搭建了太赫兹脉冲激光探测系统, 在 8K温度下实现了对脉宽 2 μs太赫兹光电探测信号的有效放大, 跨阻增益约 560 Ω, 电流放大增益为 1.78 mA/V。上述研究成果首次验证了商用跨阻放大器在深低温环境下应用的可行性, 为太赫兹高速探测与高频通信领域的集成跨阻放大提供了一种有效技术手段。
太赫兹探测 高速封装 跨阻放大器 低温放大技术 terahertz detecting high-speed packaging transimpedance amplifier cryogenic amplification technique 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(1): 16
刘涵 1,2李子平 1马旭红 1,2吴澍民 1,2[ ... ]黎华 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 中国科学院太赫兹固态技术重点实验室,上海 200050
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
针对太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号提取与传输存在的阻抗不匹配问题,设计并提出了一种输入阻抗为20 Ω、输出阻抗为50 Ω的渐变微带线结构,研究了该结构的准TEM模电场分布,并根据S参数建立了相应的LC等效电路模型分析其物理机理。实验中,将渐变微带线结构应用于太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号提取与测试,以验证渐变微带线传输射频信号效果,成功测量得到太赫兹量子级联激光器重复频率,其线宽为3.7 kHz,信噪比达到60 dB,在注入电流为700~900 mA范围内重复频率表现为稳定的单模信号,测量得到的最大保持和幅度艾伦方差结果同样表现出重复频率的稳定性。实验结果表明,所设计的渐变微带线具有良好的阻抗匹配效果,能够实现对太赫兹量子级联激光器光频梳射频信号稳定的提取和传输。
太赫兹 量子级联激光器 光频梳 阻抗匹配 渐变微带线 Terahertz Quantum cascade laser Optical frequency comb Impedance matching Tapered microstrip line 
光子学报
2023, 52(1): 0114002
作者单位
摘要
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海 200050
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
二氧化钒是一种具有绝缘态到金属态可逆相变特性的材料, 在光器件及信息技术中有非常广泛的应用。分别采用太赫兹频段的光谱测量技术和阵列成像技术研究分析了硅基二氧化钒材料的相变过程。采用傅里叶变换光谱测量系统, 获得了整个样品在 2.5~20.0 THz频段透射谱和反射谱随温度的变化, 分析得到了硅基二氧化钒材料相变的温度范围为 334~341 K, 对应温差为 7K; 得到了相变前后样品对 4.3 THz辐射的透过率变化达 40%以上, 反射率变化接近 30%。随后采用一套 4.3 THz的阵列成像系统, 测量了整个样品在相变前后的太赫兹图像, 获得了该材料由金属态转变为绝缘态时, 其对 4.3 THz激光信号的透过率由 6.7%升至 50.7%, 透过率变化达 44%, 与傅里叶变换光谱在 4.3 THz处的测量结果相当。上述研究结果为硅基二氧化钒材料用于 2.5 THz以上电磁辐射的透射调制和反射调制提供了很好的实验数据支撑。
太赫兹 硅基二氧化钒 相变材料 傅里叶变换光谱 阵列成像技术 terahertz silicon-based vanadium dioxide phase transition materials Fourier transform spectroscopy array imaging technique 
太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(12): 1225

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