Hamamatsu Photonics פיתחה בהצלחה כוח יציאה של לייזר מפל קוונטי (QCL) על ידי ניתוח עקרון הדור של גלי טרה-הרץ, תוך שימוש בטכנולוגיית העיצוב האופטית של Hamamatsu עצמה, ועקיפה יעילה גוררת תהודה חיצונית. מודול QCL הראשון בעולם שיכול ליצור גלי טרה-הרץ בכל תדר בטווח של 0.42 ~ 2THz.
איך נראה מודול ה-QCL
תוצאות המחקר העיקריות
1. עוצמת הפלט גבוהה פי 5 מה-QCL הלא-ליניארי הקודם של טרה-הרץ. Hamamatsu Photonics ניתח את העיקרון של התפשטות גלי טרה-הרץ בתוך ה-QCL הלא ליניארי של טרה-הרץ, ומצא כי החיבור של המשטח העליון שלו עם עדשת סיליקון בעלת התנגדות גבוהה יכול לשפר את יעילות הייצור של גלי טרה-הרץ, ועשה שימוש בטכנולוגיית צמיחת הגבישים שנצברה לאורך השנים. וטכנולוגיית תהליך המוליכים למחצה מייעלת את המבנה הפנימי כדי להגדיל את תפוקת השיא בנקודת התדרים של 1THz לרמת תת-מילי-וואט, שהיא יותר מפי 5 מזו של QCL לא ליניארי מסורתי.
2. מודול QCL המתכוונן הראשון בעולם בתדר 0.42 ~ 2THz. Hamamatsu פוטוניקה ערכה מחקר מעמיק על החומר של הסרט נגד השתקפות על פני השטח העליון של QCL לא ליניארי terahertz. יחד עם זאת, באמצעות טכנולוגיית העיצוב האופטי הייחודית, סורג עקיפה תואם מוגדר מחוץ ל- QCL כדי ליצור תהודה, וההטיה נשלטת על ידי מכשירי חשמל. מודול QCL הראשון בעולם המסוגל לייצר גלי טרה-הרץ שרירותיים בטווח של 0.42 עד 2 THz בטמפרטורת החדר מומש.
חיווי החלפת תדרים
עיקרון מיתוג תדרים: קרן הלייזר באמצע האינפרא-אדום הנפלטת מ-QCL לא ליניארי של טרה-הרץ משתקפת בסורג עקיפה. במקרה זה, המעבר של התדירות של גל THz מושגת על ידי שליטה חשמלית סורג עקיפה ושינוי הנטייה.
רקע מו"פ
בשל הרכיבים השונים הכלולים במדגם להיבדק, התדירות של גלי טרה-הרץ הנספגים בקלות תהיה גם שונה. באמצעות מאפיין זה, תוצאות המחקר צפויות לשמש להערכת איכות וניתוח לא הרסני של דגימות. בנוסף, מאז גלי terahertz הם בתדירות גבוהה יותר מאשר רצועת התדרים המשמשת את תקן תקשורת במהירות גבוהה "5G", מוצר זה צפוי לשמש גם עבור הדור הבא של תקשורת "6G".
בשנת 2018, Hamamatsu Photonics פיתחה QCL לא ליניארי טרה-הרץ על ידי שימוש בטכנולוגיית תכנון המבנה הקוונטי הייחודית, תוך שימוש בעיצוב כפול של מצבים בעלי אנרגיה גבוהה (AnticrossDAUTM). QCL לא ליניארי טרה-הרץ זה יכול לשנות את התדירות של גל הטרה-הרץ ולהקרין אותו בהתאם לרכיבים הכלולים במדגם, ולאחר מכן לשפר את דיוק הניתוח בהתאם לקצב הספיגה. עם זאת, אין כיום מקור אור לייזר מוליכים למחצה שיכול להשיג שינוי תדר במודול אחד. לכן, Hamamatsu Photonics כבר מחקר ופיתוח מודולי QCL שינוי תדר.
סיכום הישגי מו"פ
בדו"ח מחקר זה, Hamamatsu Photonics ניתח את עקרון הדור של גלי טרה-הרץ ב- QCL, ומיטב את המבנה הפנימי באמצעות טכנולוגיית צמיחת קריסטל וטכנולוגיית תהליך מוליכים למחצה שנצברו לאורך השנים. במקביל, נותח גם העיקרון של התפשטות גל טרה-הרץ בתוך ה-QCL, ונמצא כי הקשר בין המשטח העליון לעדשת הסיליקון בעלת ההתנגדות הגבוהה יכול לשפר את יעילות הייצור של גלי טרה-הרץ ולהגדיל את כוח היציאה ליותר מפי 5 מזה של העבר. שילוב טכנולוגיית העיצוב האופטי הייחודית של Hamamatsu Photonics, והתאמת ה- QCL עם סורג עקיפה מתאים, נוצר מהדהד חיצוני יעיל, ולאחר מכן הנטייה משתנה על ידי שליטה חשמלית בסורג העקיפה, ובכך מימוש הראשון בעולם 0.42 ~ מודול QCL המייצר גלי טרה-הרץ של תדרים שרירותיים בטווח 2THz.
תוצאות מחקר זה מראות כי במקרה של תדרי ספיגה שונים של רכיבים שונים במדגם שייבדקו, שימוש במודול כדי להחליף את התדירות ולהקרין גלי טרה-הרץ צרים כדי לבדוק את קצב הספיגה של כל רכיב יכול לשפר תרופות, מזון וחומרי מוליכים למחצה. הערכת איכות ודיוק של בדיקות לא הרסניות. בנוסף, הוא גם צפוי להיות מיושם על זיהוי של חומרים פולימריים מולקולריים גבוהים כגון פלסטיק שלא זוהו בקלות לפני. לאחר מכן, Hamamatsu Photonics גם ימשיך ללמוד את מבנה פיזור החום של QCL לעומק, במטרה להשיג פעולה יציבה ורציפה של גלי THz. צפוי כי גלי THz ישמשו בתחומים כגון אסטרונומיית רדיו כדי לצפות ביקום, ומהירות העברת הנתונים תגיע למאות ג'יגה-בתים לשנייה. יישום בכיוון הפיתוח של תקשורת אלחוטית אולטרה-גבוהה קיבולת גדולה קיבולת למרחקים קצרים.
בעתיד, Hamamatsu Photonics תשתמש גם בטכנולוגיית המיקרו-אלקטרוניקה הייחודית שלה (MEMS) כדי לכווץ מודולי QCL עד לגודל של קצה אצבע.
