基于腔内自探测的太赫兹量子级联激光器实时多模动力学：自锁模布居数脉动的观测
光学
2022-02-02 v2
摘要
过去十年中，太赫兹（THz）量子级联激光器（QCLs）的锁模运行与多模不稳定性得到了深入研究。得益于这些激光器的独特性质（尤其是其超快增益介质），相关研究揭示了丰富的现象。正因如此，在 QCLs 中腔内场强的调制会引起布居数反转的强烈调制，直接影响激光电流。本工作中我们表明，该性质可用于结合 60GHz 实时示波器的自探测技术研究多模 THz QCLs 的实时动力学。为展示该技术潜力，我们研究了一个自由运转的 4.2THz QCL，观察到激光电流的自启动周期性调制，产生规律间隔、长约 100ps 的脉冲串。根据驱动电流，我们发现具有截然不同性质的两种振荡 regime：基频重复率的第一 regime，以大幅振幅与相位噪声、相干时间为数十个周期为特征；规则得多的二次谐波梳 regime，典型相干时间约 个振荡周期。我们使用一组有效半导体 Maxwell-Bloch 方程解释这些测量，其定性再现了激光动力学的基本特征，表明观测到的载流子密度与光脉冲反相，并作为连续波背景上的较浅调制出现。所演示技术因其简单与通用性，是研究 THz QCLs 超快动力学的有力工具。
引用
@article{arxiv.2103.13102,
title = {Real-time multimode dynamics of terahertz quantum cascade lasers via intracavity self-detection: observation of self mode-locked population pulsations},
author = {H. Li and W. Wan and Z. Li and J. C. Cao and S. Lepillet and J-F. Lampin and K. Froberger and L. Columbo and M. Brambilla and S. Barbieri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.13102},
year = {2022}
}