S'écartant des approches standard de verrouillage de modèle, une équipe de chercheurs dirigée par les professeurs Giacomo Scalari et Jerome Faist du Département de physique de l'ETH Zurich et le professeur Christian Jirauschek de l'Université technique de Munich a créé un laser à semi-conducteur monolithique à verrouillage de modèle avec un taux de répétition largement réglable en continu de 4 à 16 GHz. Et, curieusement, leur approche devrait fonctionner pour d’autres lasers à semi-conducteurs et longueurs d’onde d’émission laser.
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé un laser à cascade quantique (QCL) térahertz (THz) pour produire des peignes de fréquence cohérents. Bien qu'il soit bien connu que les QCL THz peuvent être utilisés pour générer des peignes, le développement récent par l'équipe de QCL THz planarisés avec des propriétés micro-ondes améliorées les a encouragés à explorer la forte modulation de la cavité laser à l'aide de micro-ondes externes-et ils ont découvert plusieurs nouveaux régimes de fonctionnement des lasers à semi-conducteurs.
"Notre appareil est basé sur un QCL THz planarisé. Son matériau de région active est constitué d'un super-réseau d'arséniure de gallium (GaAs)/arséniure de gallium d'aluminium (AlGaAs), une tranche-liée à un substrat porteur de GaAs", explique Urban Senica, qui était à l'époque titulaire d'un doctorat. étudiant à l'ETH Zurich, mais est maintenant chercheur postdoctoral au Laboratoire d'optique à l'échelle nanométrique de l'Université Harvard. "En utilisant la photolithographie et la gravure sèche, un guide d'ondes à crête active est défini puis planarisé avec le polymère benzocyclobutène (BCB) à faible perte. Un guide d'ondes est pris en sandwich verticalement entre deux couches de métallisation étendues, qui confinent les modes optique et micro-ondes et agissent comme des contacts électriques pour polariser le dispositif laser. "
Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé un laser à cascade quantique (QCL) térahertz (THz) pour produire des peignes de fréquence cohérents. Bien qu'il soit bien connu que les QCL THz peuvent être utilisés pour générer des peignes, le développement récent par l'équipe de QCL THz planarisés avec des propriétés micro-ondes améliorées les a encouragés à explorer la forte modulation de la cavité laser à l'aide de micro-ondes externes-et ils ont découvert plusieurs nouveaux régimes de fonctionnement des lasers à semi-conducteurs.
"Notre appareil est basé sur un QCL THz planarisé. Son matériau de région active est constitué d'un super-réseau d'arséniure de gallium (GaAs)/arséniure de gallium d'aluminium (AlGaAs), une tranche-liée à un substrat porteur de GaAs", explique Urban Senica, qui était à l'époque titulaire d'un doctorat. étudiant à l'ETH Zurich, mais est maintenant chercheur postdoctoral au Laboratoire d'optique à l'échelle nanométrique de l'Université Harvard. "En utilisant la photolithographie et la gravure sèche, un guide d'ondes à crête active est défini puis planarisé avec le polymère benzocyclobutène (BCB) à faible perte. Un guide d'ondes est pris en sandwich verticalement entre deux couches de métallisation étendues, qui confinent les modes optique et micro-ondes et agissent comme des contacts électriques pour polariser le dispositif laser. "
Applications de communication, de spectroscopie et de détection à venir
Grâce à leurs lasers à mode verrouillé en continu et largement réglables, il existe de nombreuses applications potentielles pour les communications, la spectroscopie et la détection. "Pour le domaine temporel, le train d'impulsions cohérent peut être synchronisé avec un signal micro-onde externe arbitraire ou une ligne à retard accordable", explique Senica. "Pour le domaine fréquentiel, l'espacement des modes accordables dans le peigne de fréquences peut combler tous les écarts spectraux."
En fait, Senica et ses collègues ont déjà démontré une expérience de spectroscopie d'absorption qui ne nécessitait qu'un simple détecteur d'intensité-plutôt qu'un spectromètre de la taille d'une table-.
"Nous pensons que notre approche sera également relativement simple à mettre en œuvre avec d'autres types de lasers à semi-conducteurs dans les régions infrarouge et visible du spectre électromagnétique et ouvrira la voie à une grande variété d'applications", déclare Senica. "Un aspect important sera l'optimisation des propriétés des micro-ondes, ainsi que le conditionnement avancé de ces dispositifs."
