太赫茲技術為揭示半導體激光器工作原理提供新視角

激光器即廣泛用在特定頻率下工作的高功率光源。但是這個頻率當激光器打開時是如何選擇時，以及激光選擇有多快呢？

工程師使用太赫茲頻率技術一直在研究當激光打開時是如何選擇各個頻率，以及選擇的速度情況。

基於太赫茲的特殊設備的發展使他們首次對這一過程進行了研究。他們的成果發表在《自然通訊Nature Communications》上，將為半導體激光器的未來發展奠定基礎，包括在公共和私營部門擁有的電信系統中所使用的半導體激光器。

多年來，已經預言半導體激光器中的工作頻率在幾納秒（即幾十億分之一秒）的時間尺度上穩定，並且可以在幾百皮秒（千分之一納秒）時間內就能實現改變。

然而，到目前為止，還沒有一個探測器能夠精確地測量和證明這一點，而最好的結果只是在納秒級的時間尺度上實現的，它太慢了以至於不能進行有效的分析或者被用來開發最有效的新系統。

利茲大學的研究人員與巴黎、法國以及澳大利昆士蘭大學的國際同事進行合作，使用太赫茲頻率量子級聯激光器和一種稱為太赫茲時域光譜技術的用以分析激光穩定的整個過程。

太赫茲供電技術可以測量飛秒（百萬分之一毫微秒）尺度的光波長，從而為研究人員提供了前所未有的細節水平。通過了解激光器內波長變化的速度，以及在微小的時間幀內發生的過程，可以建立更有效的設備和系統。

這項研究的利茲元素是在大學的太赫茲光子學實驗室進行的，這是布拉格大學材料研究中心的一部分。

Iman Kundu博士是該研究小組的研究論文的主要作者，他說：「我們利用太赫茲技術的超快探測能力來觀察激光發射情況，並從之前的能觀察多個波長，發展到能夠觀察一個十億分之一秒波長的情況。

「現在我們可以看到激光在如此微小的時間範圍內的詳細發射情況，我們可以看到光從一個穩定狀態到一個新的穩定狀態如何變化的。」

「這對於商業系統設計者的好處是潛在的。太赫茲技術雖然不適用於許多領域，但我們相信它的價值在於能夠突出趨勢和解釋集成光子器件的詳細細節，這是在複雜的成像系統中使用的，它可能對於製藥或電子領域很有用。」

「設計者可以將這些發現應用到電磁頻譜不同部分的激光器，因為底層物理學將非常相似。」

利茲大學的太赫茲電子學教授Edmund Linfield也參與了這項研究，他說：「我們正在使用太赫茲技術的高度先進的能力來照亮激光器的運行細節。」

「我們的研究旨在為工程師和開發者提供研究細節，如何尋找一些途徑實現他們自己系統的性能提高。通過這樣，我們將提高國家的科學和工程在全球中競爭力。」

來源：https://phys.org/news/2018-08-terahertz-technology-insight-semiconductor-lasers.html

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