Hamamatsu Photonics ha sviluppato con successo una potenza di uscita laser a cascata quantistica (QCL) analizzando il principio di generazione delle onde terahertz, utilizzando la tecnologia di progettazione ottica di Hamamatsu e risonatori esterni a reticolo di diffrazione ad alta efficienza. Il primo modulo QCL al mondo in grado di generare onde terahertz di qualsiasi frequenza nell'intervallo di 0,42 ~ 2 THz.
Aspetto del modulo QCL
I principali risultati della ricerca
1. La potenza di uscita è 5 volte superiore al precedente QCL non lineare terahertz. Hamamatsu Photonics ha analizzato il principio della propagazione delle onde terahertz all'interno del QCL non lineare terahertz e ha scoperto che la connessione della sua superficie superiore con una lente di silicio ad alta resistenza può migliorare l'efficienza di generazione delle onde terahertz e ha fatto uso della sua tecnologia di crescita dei cristalli accumulata nel corso degli anni. E la tecnologia di processo dei semiconduttori ottimizza la struttura interna per aumentare l'uscita di picco al punto di frequenza di 1 THz al livello sub-milliwatt, che è più di 5 volte quello del tradizionale QCL non lineare.
2. Il primo modulo QCL regolabile in frequenza 0.42 ~ 2THz al mondo. Hamamatsu Photonics ha condotto ricerche approfondite sul materiale del film antiriflesso sulla superficie superiore del QCL non lineare terahertz. Allo stesso tempo, attraverso l'esclusiva tecnologia di progettazione ottica, un reticolo di diffrazione corrispondente viene posizionato all'esterno del QCL per formare un risonatore e l'inclinazione è controllata da apparecchi elettrici. È stato realizzato il primo modulo QCL al mondo in grado di generare onde terahertz arbitrarie nell'intervallo da 0,42 a 2 THz a temperatura ambiente.
Indicazione di commutazione di frequenza
Principio di commutazione di frequenza: il raggio laser a medio infrarosso emesso da un QCL non lineare terahertz viene riflesso in un reticolo di diffrazione. In questo caso, la commutazione della frequenza dell'onda THz si ottiene controllando elettricamente il reticolo di diffrazione e modificando l'inclinazione.
Background di R & S
A causa dei diversi componenti contenuti nel campione da testare, anche la frequenza delle onde terahertz che sono facilmente assorbite sarà diversa. Utilizzando questa caratteristica, i risultati della ricerca dovrebbero essere utilizzati per la valutazione della qualità e l'analisi non distruttiva dei campioni. Inoltre, poiché le onde terahertz sono di frequenza superiore rispetto alla banda di frequenza utilizzata dallo standard di comunicazione ad alta velocità "5G", questo prodotto dovrebbe essere utilizzato anche per la prossima generazione di comunicazione "6G".
Nel 2018, Hamamatsu Photonics ha sviluppato un QCL non lineare terahertz utilizzando l'esclusiva tecnologia di progettazione della struttura quantistica, utilizzando il design anti-crossing dual high-energy state (AnticrossDAUTM). Questo QCL non lineare terahertz può modificare la frequenza dell'onda terahertz e irradiarla in base ai componenti contenuti nel campione, e quindi migliorare l'accuratezza dell'analisi in base alla velocità di assorbimento. Tuttavia, attualmente non esiste una sorgente di luce laser a semiconduttore in grado di ottenere variazioni di frequenza in un modulo. Pertanto, Hamamatsu Photonics ha studiato e sviluppato moduli QCL che cambiano frequenza.
Riepilogo dei risultati in R&S
In questo rapporto di ricerca, Hamamatsu Photonics ha analizzato il principio di generazione delle onde terahertz in QCL e ha ottimizzato la struttura interna utilizzando la tecnologia di crescita dei cristalli e la tecnologia di processo dei semiconduttori accumulata nel corso degli anni. Allo stesso tempo, è stato analizzato anche il principio della propagazione dell'onda terahertz all'interno del QCL e si è scoperto che la connessione tra la superficie superiore e la lente al silicio ad alta resistenza può migliorare l'efficienza di generazione delle onde terahertz e aumentare la potenza di uscita a più di 5 volte quella del passato. Combinando l'esclusiva tecnologia di progettazione ottica di Hamamatsu Photonics e abbinando il QCL con un reticolo di diffrazione adatto, si forma un risonatore esterno efficiente e quindi l'inclinazione viene modificata controllando elettricamente il reticolo di diffrazione, realizzando così il primo modulo QCL da 0,42 ~ A al mondo che genera onde terahertz di frequenze arbitrarie nella gamma 2THz.
I risultati di questo studio mostrano che nel caso di diverse frequenze di assorbimento di diversi componenti nel campione da testare, l'utilizzo di un modulo per commutare la frequenza e irradiare onde terahertz a banda stretta per verificare il tasso di assorbimento di ciascun componente può migliorare farmaci, alimenti e materiali semiconduttori. valutazione della qualità e accuratezza dei controlli non distruttivi. Inoltre, si prevede che sarà applicato anche all'identificazione di materiali polimerici ad alto peso molecolare come le materie plastiche che prima non erano facilmente identificabili. Successivamente, Hamamatsu Photonics continuerà anche a studiare in profondità la struttura di dissipazione del calore di QCL, con l'obiettivo di ottenere un funzionamento stabile e continuo delle onde THz. Si prevede che le onde THz saranno utilizzate in campi come la radioastronomia per osservare l'universo e la velocità di trasmissione dei dati raggiungerà centinaia di gigabit al secondo. Applicazione nella direzione di sviluppo della comunicazione wireless a breve distanza ad altissima velocità di grande capacità.
In futuro, Hamamatsu Photonics utilizzerà anche la sua esclusiva tecnologia meMS (Microelectromechanical Systems) per ridurre i moduli QCL fino alle dimensioni di un polpastrello.
