ТГц квантово-каскадные лазеры с испусканием двух фотонов в одном усиливающем модуле, выращенные методами МЛЭ и МОС-гидридной эпитаксии

Abstract

В работе предложена и экспериментально реализована новая схема работы ТГц квантово-каскадного лазера (ККЛ) с последовательным испусканием двух фотонов в одном усиливающем модуле. В отличии от традиционной схемы с одной парой лазерных уровней, в предложенной схеме электроны совершают переход через дополнительный энергетический уровень, который является нижним лазерным уровнем для первого излучательного перехода и верхним лазерным уровнем для второго излучательного перехода. Это приводит к прохождению электронов в усиливающем модуле по схеме “резонансное туннелирование – фотон – фотон – фонон”. На основе предложенной схемы был оптимизирован двух-фотонный дизайн ТГц ККЛ с активным модулем (инжектор и усиливающий модуль) из четырех туннельно-связанных квантовых ям GaAs/Al0.15Ga0.85As с максимумом усиления вблизи 3.8 ТГц. Лазерные структуры с активной областью на основе двухфотонного дизайна были выращены с помощью двух эпитаксиальных методик – молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) и МОС-гидридная эпитаксия (МОСГЭ). Изготовленные ТГц ККЛ с двойным металлическим волноводом на основе золота продемонстрировали хорошую толерантность к ростовым методам, поскольку спектры излучения лазеров на МЛЭ- и МОСГЭ-структурах очень близки.