Í frávik frá hefðbundnum módellokunaraðferðum bjó teymi vísindamanna undir forystu prófessoranna Giacomo Scalari og Jerome Faist í eðlisfræðideild ETH Zürich og prófessor Christian Jirauschek við Tækniháskólann í Munchen einhæfan módelstýrðan hálfleiðara leysir með stöðugt og víða stillanlegt endurtekningarhraða frá 4 til 4 GHz. Og það er forvitnilegt að nálgun þeirra ætti að virka fyrir aðra hálfleiðara leysigeisla og leysigeislunarbylgjulengdir.
Til að ná því af notuðu vísindamennirnir terahertz (THz) skammtaskaðaleysir (QCL) til að framleiða samfellda tíðnakamba. Þó að það sé vel þekkt að hægt sé að nota THz QCL til að búa til greiða, hvatti nýleg þróun liðsins á planarized THz QCL með bættum örbylgjueiginleikum þá til að kanna sterka mótun leysiholsins með því að nota utanaðkomandi örbylgjuofna-og þeir uppgötvuðu nokkrar nýjar aðferðir við notkun hálfleiðara leysis.
"Tækið okkar er byggt á planarized THz QCL. Virka svæðisefni þess samanstendur af gallíumarseníði (GaAs)/álgallíumarseníði (AlGaAs) ofurgrindum, oblátu-tengt GaAs burðarefni," útskýrir Urban Senica, sem á þeim tíma var doktor. nemandi við ETH Zürich en er nú nýdoktor við Laboratory for Nanoscale Optics í Harvard háskólanum. "Með því að nota ljóslithography og þurrt ætingu er virkur hryggbylgjuleiðari skilgreindur og síðan planaraður með lágt-tapi fjölliða bensósýklóbútens (BCB). Bylgjuleiðari er settur lóðrétt á milli tveggja útbreiddra málmgerðarlaga, sem takmarka sjón- og örbylgjustillingu og virka sem raftengiliðir til að beygja leysibúnaðinn."
Þessi uppsetning hefur í för með sér lítið útbreiðslutapi, dregur úr litadreifingu, eykur hitaleiðni og bætir örbylgjueiginleika, vegna þess að leysirinn er felldur inn í örbylgjuleiðara með litlum-tap og-viðnám.
Virk modelocking
Aðferð teymisins byggist á virkri módellokun, sem felur í sér að stilla leysispennu með utanaðkomandi rafmerki til að mynda lest af samfelldum stuttum sjónpúlsum (tíðnikamb). Í fyrri sýnikennslu virkaði þetta aðeins ef tíðni mótunarmerkisins var samstillt við þann tíma sem það tekur ljós að ferðast á milli tveggja spegla leysisins (það er fest af líkamlegu holrúmmálinu).
„Við sýndum algjörlega nýja stjórn þar sem við getum stöðugt og víða stillt endurtekningartíðni púlslestarinnar um allt að 400%,“ segir Senica. „Þessi óvenjulegi stillanleiki er náð með því að mynda standandi örbylgjuofnsveiflu meðfram öllu leysiholinu, sem leiðir til púlsdráttaráhrifa sem hraðar eða hægir á sjónpúlsinum til að vera alltaf samstilltur við ytri mótunartíðni.
Stýrir hraða ljóspúlsa á-flís með örbylgjuofnum
Einn af flottustu hliðunum á þessu starfi er "við getum í raun stjórnað hraða sjónpúlsa á ljóseindaflís með örbylgjuofnum," segir Senica. "Í einfaldri líkingu er þetta svipað og vatnsbylgja sem ýtir ofgnótt áfram. Í tæknilegri skilmálum er tíðni-háð fasabreyting milli örbylgjuofnsins og sjónpúlsins, og styrking/tapshallinn sem myndast hefur í för með sér breyttan hóphraða sjónpúlssins þannig að nýi endurtekningarhraðinn passar við ytra örbylgjuofnið þegar við gátum fullkomlega skilið fressuna þegar við gátum skilið það fullkomlega. samræmi milli tilrauna- og herminiðurstaðna."
Allt þetta verkefni er hápunktur nokkurra ára stórra tæknilegra og vísindalegra framfara, þar á meðal hönnun og sameindageislaeitrun vaxtar breiðbands leysir virka svæðisins; uppgerð, framleiðsla og lýsing á planarized THz QCLs; og víðtækar greiningar- og tölulegar eftirlíkingar af stýrða leysirholinu.
Lykilatriði í starfi teymisins fólst í háþróaðri uppgerð tækja þeirra. „Sérstaklega þróuðu samstarfsmenn okkar við TU Munich í Þýskalandi nýja hermiaðferð til að búa til líkan af öllu mótaða leysiholinu,“ segir Senica. "Þetta felur í sér líkan af skammtakerfi leysisins, örbylgjuútbreiðslu og ljóspúlsmyndun-sem sameinar þrjú mismunandi svið innan einni hermunarrannsókn, endurskapar niðurstöður tilrauna nákvæmlega og veitir mikilvæga innsýn í gangverki leysisins."
Samskipta-, litrófsgreiningar- og skynjunarforrit framundan
Þökk sé stöðugum og víðtækum stillanlegum módellokuðum leysum, eru mörg möguleg forrit fyrir fjarskipti, litrófsgreiningu og skynjun. "Fyrir tímasviðið er hægt að samstilla samhangandi púlslest við handahófskennt utanaðkomandi örbylgjumerki eða stillanleg seinkun," segir Senica. "Fyrir tíðnisviðið getur stillanlegt bil á milli tíðnikambans lokað hvaða litrófsbil sem er."
Reyndar hafa Senica og félagar þegar sýnt frásogsrófsspeglunartilraun sem þurfti aðeins einfaldan styrkleikaskynjara-frekar en litrófsmælitæki á borðplötu-.
"Við teljum að nálgun okkar verði einnig tiltölulega einföld að innleiða með öðrum gerðum hálfleiðara leysigeisla yfir innrauða og sýnilega svæði rafsegulrófsins og ryðja brautina fyrir fjölbreytt úrval af forritum," segir Senica. "Mikilvægur þáttur verður bjartsýni örbylgjuofnaeiginleika ásamt háþróaðri umbúðum slíkra tækja."
