Để thoát khỏi các phương pháp tiếp cận mô hình hóa tiêu chuẩn, một nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Giacomo Scalari và Jerome Faist tại Khoa Vật lý tại ETH Zurich và Giáo sư Christian Jirauschek tại Đại học Kỹ thuật Munich dẫn đầu, đã tạo ra một loại laser bán dẫn được mô hình hóa nguyên khối với tốc độ lặp lại có thể điều chỉnh liên tục và rộng rãi từ 4 đến 16 GHz. Và thật thú vị, phương pháp của họ sẽ có tác dụng đối với các laser bán dẫn và bước sóng phát xạ laser khác.
Để thực hiện được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser xếp tầng lượng tử terahertz (THz) (QCL) để tạo ra các lược tần số kết hợp. Mặc dù ai cũng biết rằng THz QCL có thể được sử dụng để tạo ra lược, nhưng sự phát triển gần đây của nhóm về THz QCL phẳng với các đặc tính vi sóng được cải tiến đã khuyến khích họ khám phá khả năng điều chế mạnh mẽ của hộp cộng hưởng laze bằng cách sử dụng vi sóng bên ngoài-và họ đã phát hiện ra một số cơ chế hoạt động mới của laze bán dẫn.
Urban Senica, lúc đó là Tiến sĩ, giải thích: "Thiết bị của chúng tôi dựa trên THz QCL phẳng. Vật liệu vùng hoạt động của nó bao gồm siêu mạng gallium arsenide (GaAs)/nhôm gallium arsenide (AlGaAs), wafer-liên kết với chất nền mang GaAs". sinh viên tại ETH Zurich nhưng hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Quang học nano của Đại học Harvard. "Bằng cách sử dụng phương pháp quang khắc và khắc khô, một ống dẫn sóng sống động được xác định và sau đó được làm phẳng bằng polyme benzocyclobutene (BCB)-có tổn thất thấp. Ống dẫn sóng được kẹp theo chiều dọc giữa hai lớp kim loại hóa mở rộng, giới hạn các chế độ quang học và vi sóng và hoạt động như các tiếp điểm điện để phân cực thiết bị laser."
Để thực hiện được điều này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tia laser xếp tầng lượng tử terahertz (THz) (QCL) để tạo ra các lược tần số kết hợp. Mặc dù ai cũng biết rằng THz QCL có thể được sử dụng để tạo ra lược, nhưng sự phát triển gần đây của nhóm về THz QCL phẳng với các đặc tính vi sóng được cải tiến đã khuyến khích họ khám phá khả năng điều chế mạnh mẽ của hộp cộng hưởng laze bằng cách sử dụng vi sóng bên ngoài-và họ đã phát hiện ra một số cơ chế hoạt động mới của laze bán dẫn.
Urban Senica, lúc đó là Tiến sĩ, giải thích: "Thiết bị của chúng tôi dựa trên THz QCL phẳng. Vật liệu vùng hoạt động của nó bao gồm siêu mạng gallium arsenide (GaAs)/nhôm gallium arsenide (AlGaAs), wafer-liên kết với chất nền mang GaAs". sinh viên tại ETH Zurich nhưng hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Quang học nano của Đại học Harvard. "Bằng cách sử dụng phương pháp quang khắc và khắc khô, một ống dẫn sóng sống động được xác định và sau đó được làm phẳng bằng polyme benzocyclobutene (BCB)-có tổn thất thấp. Ống dẫn sóng được kẹp theo chiều dọc giữa hai lớp kim loại hóa mở rộng, giới hạn các chế độ quang học và vi sóng và hoạt động như các tiếp điểm điện để phân cực thiết bị laser."
Các ứng dụng truyền thông, quang phổ và cảm biến phía trước
Nhờ các laser được điều chỉnh mô hình liên tục và có thể điều chỉnh rộng rãi, nên có rất nhiều ứng dụng tiềm năng cho truyền thông, quang phổ và cảm biến. Senica cho biết: “Đối với miền thời gian, chuỗi xung kết hợp có thể được đồng bộ hóa với tín hiệu vi sóng bên ngoài tùy ý hoặc đường trễ có thể điều chỉnh được”. "Đối với miền tần số, khoảng cách chế độ có thể điều chỉnh trong lược tần số có thể thu hẹp mọi khoảng trống quang phổ."
Trên thực tế, Senica và các đồng nghiệp đã trình diễn một thí nghiệm quang phổ hấp thụ chỉ cần một máy dò cường độ đơn giản-chứ không phải một thiết bị quang phổ kế cỡ mặt bàn-.
Senica cho biết: “Chúng tôi tin rằng phương pháp của chúng tôi cũng sẽ tương đối đơn giản để thực hiện với các loại laser bán dẫn khác trên vùng hồng ngoại và vùng khả kiến của phổ điện từ và mở đường cho nhiều ứng dụng khác nhau”. “Một khía cạnh quan trọng sẽ là các đặc tính vi sóng được tối ưu hóa, cùng với việc đóng gói tiên tiến cho các thiết bị như vậy.”
