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上海微系統(tǒng)所在太赫茲被動(dòng)光頻梳方面取得重要進(jìn)展

rongpuiwing 來源:中國(guó)科學(xué)院2019-10-25 我要評(píng)論(0 )   

近日,中科院上海微系統(tǒng)所曹俊誠(chéng)、黎華研究員領(lǐng)銜的太赫茲(THz)光子學(xué)器件與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重

近日,中科院上海微系統(tǒng)所曹俊誠(chéng)、黎華研究員領(lǐng)銜的太赫茲(THz)光子學(xué)器件與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾和平教授團(tuán)隊(duì)、中科院蘇州納米所國(guó)際實(shí)驗(yàn)室張凱研究員團(tuán)隊(duì)合作,在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)基于THz量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)的增強(qiáng)型被動(dòng)光頻梳,采用太赫茲泵浦探測(cè)技術(shù),首次測(cè)量到THz QCL被動(dòng)光頻梳的脈沖發(fā)射。研究結(jié)果以“Graphene-Coupled Terahertz Semiconductor Lasers for Enhanced Passive Frequency Comb Operation”為題發(fā)表在Advanced Science期刊(影響因子:15.804),并被遴選為封面文章。




自2005年光頻梳研究工作獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)以來,光頻梳越來越受到人們的關(guān)注。由于具有高頻率穩(wěn)定性和短脈沖(如果激光鎖??蓪?shí)現(xiàn))特性,光頻梳可以大幅提高光譜和時(shí)間測(cè)量的精度,在基礎(chǔ)研究和高分辨技術(shù)領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。一直以來,研究人員都在不斷研究探索光頻梳的全波段覆蓋,從而滿足不同應(yīng)用需求。在THz波段,基于半導(dǎo)體的THz QCL具有高功率、低發(fā)散角、電泵浦等特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)THz光頻率的理想載體。傳統(tǒng)的主動(dòng)鎖模技術(shù)可成功實(shí)現(xiàn)THz QCL主動(dòng)光頻梳并產(chǎn)生THz光脈沖。但是THz QCL主動(dòng)鎖模技術(shù)往往涉及復(fù)雜的微波調(diào)制以及飛秒激光鎖相技術(shù),其系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。長(zhǎng)期以來,研究人員不斷探索更為簡(jiǎn)單有效的THz QCL被動(dòng)鎖模技術(shù)。然而,受限于材料的非線性與激光器增益恢復(fù)時(shí)間等因素,一直以來基于被動(dòng)鎖模的THz QCL光頻梳技術(shù)在國(guó)際上都沒有突破。


在本工作中,研究團(tuán)隊(duì)利用多層石墨烯材料的飽和吸收和色散補(bǔ)償特性,實(shí)現(xiàn)THz QCL增強(qiáng)型被動(dòng)光頻梳。在THz QCL低峰值功率泵浦條件下,采用z-scan技術(shù),成功觀察到石墨烯材料的非線性飽和吸收特性。飽和吸收體耦合的THz QCL光頻梳的射頻信號(hào)頻率線寬低至700 Hz。另外,基于飽和吸收特性,研究團(tuán)隊(duì)采用THz泵浦探測(cè)技術(shù)首次直接測(cè)量了被動(dòng)THz QCL光頻梳光脈沖寬度(16 ps),證明THz QCL實(shí)現(xiàn)了鎖模。該工作為將來進(jìn)一步提高THz QCL光頻梳頻率穩(wěn)定性和實(shí)現(xiàn)THz超短短脈沖輸出奠定重要基礎(chǔ)。


論文的第一和通信作者為黎華研究員,共同通信作者為曹俊誠(chéng)研究員、曾和平教授、張凱研究員。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院率先行動(dòng)計(jì)劃經(jīng)費(fèi)支持。



論文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.201900460

封面鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.201970120



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激光太赫茲被動(dòng)光頻梳進(jìn)展
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