Hamamatsu Photonics, Hamamatsu'nun kendi optik tasarım teknolojisini ve yüksek verimli kırınım rendeleyici dış rezonatörlerini kullanarak terahertz dalgalarının üretim prensibini analiz ederek başarılı bir kuantum basamaklı lazer (QCL) çıkış gücü geliştirdi. 0.42 ~ 2THz aralığında herhangi bir frekansta terahertz dalgaları üretebilen dünyanın ilk QCL modülü.
QCL modülü nasıl görünür?
Ana araştırma sonuçları
1. Çıkış gücü önceki terahertz doğrusal olmayan QCL'den 5 kat daha yüksektir. Hamamatsu Photonics, terahertz doğrusal olmayan QCL içindeki terahertz dalga yayılımı ilkesini analiz etti ve üst yüzeyinin yüksek dirençli bir silikon lensle bağlantısının terahertz dalgalarının üretim verimliliğini artırabileceğini ve yıllar içinde biriken kristal büyüme teknolojisinden yararlandığını buldu. Ve yarı iletken proses teknolojisi, 1THz frekans noktasındaki tepe çıkışını geleneksel doğrusal olmayan QCL'nin 5 katından daha fazla olan miliwatt altı seviyeye çıkarmak için iç yapıyı optimize eder.
2. Dünyanın ilk 0.42 ~ 2THz frekans ayarlanabilir QCL modülü. Hamamatsu Photonics, terahertz doğrusal olmayan QCL'nin üst yüzeyinde yansıma önleyici filmin materyali üzerinde derinlemesine araştırma yaptı. Aynı zamanda, benzersiz optik tasarım teknolojisi sayesinde, bir rezonatör oluşturmak için QCL'nin dışında eşleşen bir kırınım ızgarası ayarlanır ve eğim elektrikli cihazlar tarafından kontrol edilir. Oda sıcaklığında 0,42 ila 2 THz aralığında rastgele terahertz dalgaları üretebilen dünyanın ilk QCL modülü gerçekleştirildi.
Frekans değiştirme göstergesi
Frekans değiştirme prensibi: Terahertz doğrusal olmayan bir QCL'den yayılan orta kızılötesi lazer ışını kırınım ızgarasına yansır. Bu durumda, THz dalgasının frekansının değiştirilmesi, kırınım ızgarasının elektriksel olarak kontrol edilmesi ve eğimin değiştirilmesi ile elde edilir.
R &D arka plan
Test edilecek numunede bulunan farklı bileşenler nedeniyle, kolayca emilen terahertz dalgalarının frekansı da farklı olacaktır. Bu özellik kullanılarak, araştırma sonuçlarının numunelerin kalite değerlendirmesi ve tahribatsız analizi için kullanılması beklenmektedir. Buna ek olarak, terahertz dalgalarının frekansı yüksek hızlı iletişim standardı "5G" tarafından kullanılan frekans bandından daha yüksek olduğundan, bu ürünün yeni nesil "6G" iletişimi için de kullanılması beklenmektedir.
Hamamatsu Photonics, 2018 yılında benzersiz kuantum yapısı tasarım teknolojisini kullanarak, geçiş karşıtı çift yüksek enerjili durum tasarımı (AnticrossDAUTM) kullanarak terahertz doğrusal olmayan bir QCL geliştirdi. Bu terahertz doğrusal olmayan QCL, terahertz dalgasının frekansını değiştirebilir ve numunede bulunan bileşenlere göre ışınlayabilir ve daha sonra emilim oranına göre analiz doğruluğunu artırabilir. Bununla birlikte, şu anda bir modülde frekans değişikliği elde edebilecek yarı iletken lazer ışık kaynağı yoktur. Bu nedenle Hamamatsu Fotonik, frekans değiştiren QCL modüllerini araştırmakta ve geliştirmektedir.
Ar-Ge Başarılarının Özeti
Hamamatsu Fotonik bu araştırma raporunda QCL'de terahertz dalgalarının üretim prensibini analiz ederek, kristal büyüme teknolojisi ve yıllar içinde biriken yarı iletken proses teknolojisini kullanarak iç yapıyı optimize etti. Aynı zamanda, QCL içindeki terahertz dalga yayılımı prensibi de analiz edildi ve üst yüzey ile yüksek dirençli silikon lens arasındaki bağlantının terahertz dalgalarının üretim verimliliğini artırabileceği ve çıkış gücünü geçmişin 5 katından fazla artırabileceği tespit edildi. Hamamatsu Fotonik'in benzersiz optik tasarım teknolojisini birleştiren ve QCL'yi uygun bir kırınım ızgarası ile eşleştiren verimli bir dış rezonatör oluşur ve daha sonra kırınım ızgarasını elektriksel olarak kontrol ederek eğim değiştirilir, böylece dünyanın ilk 0.42 ~ 2THz aralığındaki keyfi frekansların terahertz dalgalarını üreten bir QCL modülü meydana gelir.
Bu çalışmanın sonuçları, test edilecek numunedeki farklı bileşenlerin farklı emilim frekanslarında, frekansı değiştirmek ve her bileşenin emilim oranını kontrol etmek için dar bant terahertz dalgalarını ışınlamak için bir modül kullanmanın ilaçları, gıdayı ve yarı iletken malzemeleri iyileştirebileceğini göstermektedir. kalite değerlendirmesi ve tahribatsız testlerin doğruluğu. Ayrıca daha önce kolay tanımlanamayan plastik gibi yüksek moleküler polimer malzemelerin tanımlanmasına da uygulanması bekmektedir. Daha sonra Hamamatsu Fotonik, THz dalgalarının istikrarlı ve sürekli çalışmasını sağlamayı amaçlayan QCL'nin ısı dağılımı yapısını derinlemesine incelemeye devam edecektir. Evreni gözlemlemek için radyo astronomisi gibi alanlarda THz dalgalarının kullanılması ve veri iletim hızının saniyede yüzlerce gigabite ulaşması bekleniyor. Ultra yüksek hızlı büyük kapasiteli kısa mesafeli kablosuz iletişimin geliştirilmesi yönünde uygulama.
Gelecekte Hamamatsu Photonics, QCL modüllerini parmak ucu boyutuna kadar küçültmek için benzersiz mikroelektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisini de kullanacak.
