蔡家轩 1解研 2,3,*于洋 2王迎新 2,3[ ... ]楚卫东 1,***
作者单位
摘要
1 北京应用物理与计算数学研究所,北京 100088
2 清华大学工程物理系,北京 100084
3 危爆物品探测技术国家工程研究中心,北京 100084
太赫兹波在生物学和危爆物检测等领域有广泛的应用前景,但其在成像上会受到探测器灵敏度的限制。搭建一套基于太赫兹量子级联激光器的自混合相干成像系统,将全息成像技术与自混合干涉测量相结合,实现太赫兹波段的大景深成像。利用自混合收发一体的特性,在不同偏焦程度下,对分辨率板上每毫米2个线对的区域进行二维成像,在偏焦56倍波长条件下得到与焦平面处相同的图像对比度。
自混合探测 太赫兹成像 全息技术 量子级联激光器 景深扩展 self-mixing measurement terahertz imaging holographic technology quantum cascade laser depth of field extending 
激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811013
作者单位
摘要
1 浙江师范大学 数理医学院,金华 321004
2 浙江师范大学 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室,金华 321004
选择中心波长为8.91 μm的量子级联激光器作为光源,结合波长调制光谱技术和小体积长光程的光学多通池,开发了一套氨气浓度检测系统。进行不同压力下氨气的直接吸收测量,结果表明谱线选择正确,以及系统搭建可行。配制不同浓度的氨气进行波长调制测量,得到二次谐波信号峰峰值与浓度之间呈现很好的线性关系,其拟合系数为99.50%。氨气浓度在0~100 ppm范围内,二次谐波的平均误差小于3%,其中在较高浓度10~100 ppm范围内,相对误差小于1%,灵敏度为10.35 ppm/V。配制浓度为6.25 ppm的氨气,并通入多通池检测,对系统进行Allan方差分析,系统在最佳积分时间为195 s时的探测极限为121.58 ppb。同时,从管道材料、温度两个方面出发,探究氨气脱附的效果。
氨气吸附 直接吸收 气体检测 量子级联激光吸收光谱 波长调制 Ammonia adsorption Direct absorption Gas detection Quantum cascade laser absorption spectroscopy Wavelength modulation 
光子学报
2023, 52(3): 0352110
作者单位
摘要
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院信息材料与智能感知安徽省实验室,安徽 合肥 230601
2 安徽大学光电信息获取与控制教育部重点实验室,安徽 合肥 230601
解析大气中HONO和N2O4的光化学循环及其来源,需要对其质量分数进行准确测量,而质量分数测量的前提是吸收线参数的准确度量。采用7.8 μm室温连续量子级联激光器和长光程多次反射吸收池对实验产生的HONO和N2O4气体进行了同时测量,确定了两种气体的吸收线频率。根据已知的1280.4 cm-1trans-HONO的吸收线强,计算得到trans-HONO的质量分数为(0.72±0.04)×10-6,相应的系统最低检测限为(11.15±0.50)×10-9。利用中红外量子级联光谱技术同时对HONO和N2O4进行分析研究,所得到的谱线参数也为HONO和N2O4质量分数的实时监测、化学反应过程的分析等提供了重要的依据。
光谱学 亚硝酸 中红外 量子级联激光器 N2O4 spectroscopy HONO mid-infrared band quantum cascade laser N2O4 
光学学报
2023, 43(11): 1130001
马宇航 1吴昊 2,*李再金 1,**张建伟 2[ ... ]王立军 2
作者单位
摘要
1 海南师范大学物理与电子工程学院海南省激光技术与光电功能材料重点实验室,海南 海口 571158
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室,吉林 长春 130033
3~5 μm中红外波段激光在气体分子传感、空间光通信、差频太赫兹产生等领域中有广阔的应用前景。研究了一种4 μm波段宽谱可调谐外腔量子级联激光器,设计了一种以Littrow结构为基础的紧凑便携可调谐激光器模块。在激光器模块中采用同一个量子级联增益芯片,分别使用刻线密度为450 line/mm和300 line/mm的闪耀光栅组建了不同的外腔。当采用刻线密度为450 line/mm的闪耀光栅时,注入电流303 mA下的输出光功率为7.30 mW,具有380 nm的调谐范围(3774~4154 nm),边模抑制比为20 dB,出现高阶模式激射现象;当采用刻线密度为300 line/mm的闪耀光栅时,303 mA注入电流下的输出功率为5.24 mW,调谐范围为297 nm(3779~4076 nm),边模抑制比为20 dB,出现基模激射现象。由此可见,采用不同的外腔配置,可以分别获得满足高精度波长调谐和高光束质量要求的激光器性能。
激光器 量子级联激光器 闪耀光栅 波长调谐 Littrow结构 lasers quantum cascade laser blazed grating wavelength tuning Littrow structure 
中国激光
2023, 50(11): 1101020
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
周明艳 1,2徐文 1,2,3,*肖宜明 1肖欢 1,2[ ... ]陈思凡 5
作者单位
摘要
1 云南大学物理与天文学院, 云南 昆明 650091
2 深圳网联光仪科技有限公司, 广东 深圳 518118
3 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所, 安徽 合肥 230031
4 安特卫普大学物理系, 比利时 安特卫普 B-2020
5 深圳技术大学新材料与新能源学院, 广东 深圳 515118
中红外(Mid-infrared, MIR)量子级联激光器(Quantum Cascade Laser, QCL)已被广泛应用于定向红外对抗、自由空间光通信、痕量气体传感等重要领域。利用Nextnano++软件进一步完善了自洽计算基于MIR QCL器件的薛定谔方程和泊松方程的理论方法。针对InP衬底上生长的GaInAs/AlInAs多量子阱MIR QCL器件, 研究了四能级双声子共振QCL结构中有源区的电子子带能级结构, 并对这些子带能级随器件工作温度、驱动电场、注入区掺杂浓度等变化的规律进行了系统研究, 获得了与实验结果一致的理论结果。此工作为MIR QCL器件的生长和制备提供了理论设计和研究方法, 为了解器件工作条件提供了理论预期, 也为进一步提高MIR QCL的发光功率和效率提供了理论研究支撑。
量子级联激光器 中红外 quantum cascade laser mid-infrared GaInAs/AlInAs GaInAs/AlInAs 
红外
2023, 44(1): 23
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
Wen Guan 1,2,3Ziping Li 1Shumin Wu 1,2Han Liu 1,2[ ... ]Hua Li 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Key Laboratory of Terahertz Solid State Technology, Shanghai, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, Beijing, China
3 ShanghaiTech University, School of Information Science and Technology, Shanghai, China
Stable operation is one of the most important requirements for a laser source for high-precision applications. Many efforts have been made to improve the stability of lasers by employing various techniques, e.g., electrical and/or optical injection and phase locking. However, these techniques normally involve complex experimental facilities. Therefore, an easy implementation of the stability evaluation of a laser is still challenging, especially for lasers emitting in the terahertz (THz) frequency range because the broadband photodetectors and mature locking techniques are limited. In this work, we propose a simple method, i.e., relative phase locking, to quickly evaluate the stability of THz lasers without a need of a THz local oscillator. The THz laser system consists of a THz quantum cascade laser (QCL) frequency comb and a single-mode QCL. Using the single-mode laser as a fast detector, heterodyne signals resulting from the beating between the single-mode laser and the comb laser are obtained. One of the heterodyne beating signals is selected and sent to a phase-locked loop (PLL) for implementing the relative phase locking. Two kinds of locks are performed by feeding the output error signal of the PLL, either to the comb laser or to the single-mode laser. By analyzing the current change and the corresponding frequency change of the PLL-controlled QCL in each phase-locking condition, we, in principle, are able to experimentally compare the stability of the emission frequency of the single-mode QCL (fs) and the carrier envelope offset frequency (fCEO) of the QCL comb. The experimental results reveal that the QCL comb with the repetition frequency injection locked demonstrates much higher stability than the single-mode laser. The work provides a simple heterodyne scheme for understanding the stability of THz lasers, which paves the way for the further locking of the lasers and their high-precision applications in the THz frequency range.
terahertz quantum cascade laser frequency comb phase lock 
Advanced Photonics Nexus
2023, 2(2): 026006
Yanjiao Guan 1,2Ruixuan Sun 1,2Ning Zhuo 1,*Xiyu Lu 1,2[ ... ]Fengqi Liu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
We report on the design and fabrication of a dual-wavelength switchable quantum cascade laser (QCL) by optimizing the design of a homogeneous active region and combining superposed distributed feedback gratings. Coaxial, single-mode emissions at two different wavelengths were achieved only through adjusting the bias voltage. Room temperature continuous-wave operation with output powers of above 30 mW and 75 mW was realized for single-mode emission at 7.61 µm and 7.06 µm, respectively. The simplified fabrication process and easy wavelength control of our designed dual-wavelength QCL make it very attractive for developing miniature multi-species gas sensing systems.
quantum cascade laser dual-wavelength mid-infrared 
Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 011408
杨思嘉 1,2李子平 1,2廖小瑜 1,2王晨捷 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 太赫兹固态技术实验室,上海 200050
2 中国科学院大学 光电子学材料研究中心,北京 100083
太赫兹量子级联激光器(THz QCL)双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THz QCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THz QCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。
太赫兹 量子级联激光器 双光梳 偏振 terahertz quantum cascade laser dual-comb polarization 
红外与毫米波学报
2022, 41(5): 825

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