Hamamatsu Photonics hat erfolgreich eine Quantenkaskadenlaser-Ausgangsleistung (QCL) entwickelt, indem es das Erzeugungsprinzip von Terahertz-Wellen unter Verwendung von Hamamatsus eigener optischer Designtechnologie und hocheffizienten beugungsgitternden externen Resonatoren analysiert hat. Das weltweit erste QCL-Modul, das Terahertz-Wellen jeder Frequenz im Bereich von 0,42 ~ 2 THz erzeugen kann.
Wie das QCL-Modul aussieht
Die wichtigsten Forschungsergebnisse
1. Die Ausgangsleistung ist 5-mal höher als die vorherige nichtlineare Terahertz-QCL. Hamamatsu Photonics analysierte das Prinzip der Terahertz-Wellenausbreitung innerhalb der nichtlinearen Terahertz-QCL und stellte fest, dass die Verbindung der Oberseite mit einer hochohmigen Siliziumlinse die Erzeugungseffizienz von Terahertz-Wellen verbessern kann, und nutzte die im Laufe der Jahre akkumulierte Kristallwachstumstechnologie. Und die Halbleiter-Prozesstechnologie optimiert die interne Struktur, um die Spitzenleistung am 1-THz-Frequenzpunkt auf das Sub-Milliwatt-Niveau zu erhöhen, was mehr als dem 5-fachen der herkömmlichen nichtlinearen QCL entspricht.
2. Das weltweit erste 0,42 ~ 2THz Frequenz einstellbare QCL-Modul. Hamamatsu Photonics hat das Material des Antireflexfilms auf der Oberseite der nichtlinearen Terahertz-QCL eingehend erforscht. Gleichzeitig wird durch die einzigartige optische Designtechnologie ein passendes Beugungsgitter außerhalb der QCL zu einem Resonator eingestellt und die Neigung durch elektrische Geräte gesteuert. Das weltweit erste QCL-Modul, das in der Lage ist, beliebige Terahertz-Wellen im Bereich von 0,42 bis 2 THz bei Raumtemperatur zu erzeugen, wurde realisiert.
Frequenzumschaltanzeige
Frequenzschaltprinzip: Der von einer nichtlinearen Terahertz-QCL emittierte Laserstrahl im mittleren Infrarotbereich wird in einem Beugungsgitter reflektiert. In diesem Fall wird das Schalten der Frequenz der THz-Welle durch elektrische Steuerung des Beugungsgitters und Änderung der Neigung erreicht.
F & E-Hintergrund
Aufgrund der verschiedenen Komponenten, die in der zu prüfenden Probe enthalten sind, ist auch die Frequenz der leicht absorbierbaren Terahertz-Wellen unterschiedlich. Anhand dieser Eigenschaft sollen die Forschungsergebnisse für die Qualitätsbewertung und zerstörungsfreie Analyse von Proben verwendet werden. Da Terahertz-Wellen eine höhere Frequenz haben als das vom Hochgeschwindigkeitskommunikationsstandard "5G" verwendete Frequenzband, wird erwartet, dass dieses Produkt auch für die nächste Generation der "6G" -Kommunikation verwendet wird.
Im Jahr 2018 entwickelte Hamamatsu Photonics eine nichtlineare Terahertz-QCL unter Verwendung der einzigartigen Quantenstruktur-Designtechnologie unter Verwendung des Anti-Crossing-Dual-High-Energy-State-Designs (AnticrossDAUTM). Diese nichtlineare Terahertz-QCL kann die Frequenz der Terahertz-Welle ändern und sie entsprechend den in der Probe enthaltenen Komponenten bestrahlen und dann die Analysegenauigkeit entsprechend der Absorptionsrate verbessern. Derzeit gibt es jedoch keine Halbleiter-Laserlichtquelle, die eine Frequenzänderung in einem Modul erreichen kann. Daher erforscht und entwickelt Hamamatsu Photonics frequenzwechselnde QCL-Module.
Zusammenfassung der F&E-Erfolge
In diesem Forschungsbericht analysierte Hamamatsu Photonics das Erzeugungsprinzip von Terahertz-Wellen in QCL und optimierte die interne Struktur mithilfe der kristallwachsenden Technologie und der Halbleiterprozesstechnologie, die sich im Laufe der Jahre angesammelt hat. Gleichzeitig wurde auch das Prinzip der Terahertz-Wellenausbreitung innerhalb der QCL analysiert, und es wurde festgestellt, dass die Verbindung zwischen der oberseiten Oberfläche und der hochohmigen Siliziumlinse die Erzeugungseffizienz von Terahertz-Wellen verbessern und die Ausgangsleistung auf mehr als das 5-fache der Vergangenheit erhöhen kann. Durch die Kombination der einzigartigen optischen Designtechnologie von Hamamatsu Photonics und die Anpassung der QCL an ein geeignetes Beugungsgitter wird ein effizienter externer Resonator gebildet, und dann wird die Neigung durch elektrische Steuerung des Beugungsgitters geändert, wodurch das weltweit erste 0,42 ~ A QCL-Modul realisiert wird, das Terahertzwellen beliebiger Frequenzen im 2-THz-Bereich erzeugt.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass bei unterschiedlichen Absorptionsfrequenzen verschiedener Komponenten in der zu testenden Probe die Verwendung eines Moduls zum Schalten der Frequenz und zur Bestrahlung schmalbandiger Terahertzwellen zur Überprüfung der Absorptionsrate jeder Komponente Medikamente, Lebensmittel und Halbleitermaterialien verbessern kann. Qualitätsbewertung und Genauigkeit der zerstörungsfreien Prüfung. Darüber hinaus wird erwartet, dass es auch auf die Identifizierung von hochmolekularen Polymermaterialien wie Kunststoffen angewendet wird, die zuvor nicht leicht zu identifizieren waren. Als nächstes wird Hamamatsu Photonics auch weiterhin die Wärmeableitungsstruktur von QCL eingehend untersuchen, um einen stabilen und kontinuierlichen Betrieb von THz-Wellen zu erreichen. Es wird erwartet, dass THz-Wellen in Bereichen wie der Radioastronomie verwendet werden, um das Universum zu beobachten, und die Datenübertragungsgeschwindigkeit wird Hunderte von Gigabit pro Sekunde erreichen. Anwendung in der Entwicklungsrichtung der Ultra-High-Speed-Kurzstrecken-Funkkommunikation mit großer Kapazität.
In Zukunft wird Hamamatsu Photonics auch seine einzigartige MEMS-Technologie (Microelectromechanical Systems) nutzen, um QCL-Module auf die Größe einer Fingerspitze zu verkleinern.
