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Chip-Scale Terahertz Frequency Combs through Integrated Intersubband Polariton Bleaching
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-05-13 , DOI: 10.1002/lpor.202000575 Francesco P. Mezzapesa 1 , Leonardo Viti 1 , Lianhe Li 2 , Valentino Pistore 1, 3 , Sukhdeep Dhillon 3 , A. Giles Davies 2 , Edmund H. Linfield 2 , Miriam S. Vitiello 1
Laser & Photonics Reviews ( IF 9.8 ) Pub Date : 2021-05-13 , DOI: 10.1002/lpor.202000575 Francesco P. Mezzapesa 1 , Leonardo Viti 1 , Lianhe Li 2 , Valentino Pistore 1, 3 , Sukhdeep Dhillon 3 , A. Giles Davies 2 , Edmund H. Linfield 2 , Miriam S. Vitiello 1
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Quantum cascade lasers (QCLs) represent a fascinating accomplishment of quantum engineering and enable the direct generation of terahertz (THz) frequency radiation from an electrically biased semiconductor heterostructure. Their large spectral bandwidth, high output powers, and quantum-limited linewidths have facilitated the realization of THz pulses by active mode-locking and passive generation of optical frequency combs (FCs) through intracavity four-wave-mixing, albeit over a restricted operational regime. Here, an integrated architecture is conceived for the generation of high power (5.5–8.0 mW) THz FCs comprising an ultrafast THz polaritonic reflector, exploiting intersubband (ISB) cavity polaritons, and a broad bandwidth (2.3–3.8 THz) heterogenous THz QCL. By tuning the group-delay-dispersion in an integrated geometry, through the exploitation of light-induced bleaching of the ISB-based THz polaritons, spectral reshaping of the QCL emission and stable FC operation over an operational range up to 38%, characterized by a single and narrow (down to 700 Hz) intermode beatnote are demonstrated. This concept provides design guidelines for a new generation of compact, cost-effective, electrically driven chip-scale FC sources based on ultrafast polariton dynamics, paving the way toward the generation of mode-locked THz microlasers that can strongly impact a broad range of applications in ultrafast sciences, data storage, high-speed communication, and spectroscopy.
中文翻译：
通过集成子带间极化漂白实现芯片级太赫兹频率梳
量子级联激光器 (QCL) 代表了量子工程的一项引人入胜的成就，并且能够从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹 (THz) 频率辐射。它们的大光谱带宽、高输出功率和量子限制的线宽通过腔内四波混频通过主动锁模和被动生成光频梳 (FC) 促进了太赫兹脉冲的实现，尽管是在有限的操作范围内. 在这里，设想了一种集成架构，用于生成高功率 (5.5–8.0 mW) THz FC，该结构包括超快 THz 极化反射器、利用子带间 (ISB) 腔极化子和宽带宽 (2.3–3.8 THz) 异质 THz QCL。通过调整集成几何中的群延迟色散，通过利用基于 ISB 的太赫兹极化子的光致漂白，QCL 发射的光谱重塑和稳定的 FC 操作在高达 38% 的操作范围内，其特点是单一和窄（低至 700 Hz）的模间拍音是证明了。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路在超快科学、数据存储、高速通信和光谱学中。以单一和狭窄（低至 700 Hz）的模式间拍音为特征。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路在超快科学、数据存储、高速通信和光谱学中。以单一和窄（低至 700 Hz）的模式间拍音为特征。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路超快科学、数据存储、高速通信和光谱学。
更新日期：2021-06-10
中文翻译：
通过集成子带间极化漂白实现芯片级太赫兹频率梳
量子级联激光器 (QCL) 代表了量子工程的一项引人入胜的成就，并且能够从电偏置的半导体异质结构中直接产生太赫兹 (THz) 频率辐射。它们的大光谱带宽、高输出功率和量子限制的线宽通过腔内四波混频通过主动锁模和被动生成光频梳 (FC) 促进了太赫兹脉冲的实现，尽管是在有限的操作范围内. 在这里，设想了一种集成架构，用于生成高功率 (5.5–8.0 mW) THz FC，该结构包括超快 THz 极化反射器、利用子带间 (ISB) 腔极化子和宽带宽 (2.3–3.8 THz) 异质 THz QCL。通过调整集成几何中的群延迟色散，通过利用基于 ISB 的太赫兹极化子的光致漂白，QCL 发射的光谱重塑和稳定的 FC 操作在高达 38% 的操作范围内，其特点是单一和窄（低至 700 Hz）的模间拍音是证明了。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路在超快科学、数据存储、高速通信和光谱学中。以单一和狭窄（低至 700 Hz）的模式间拍音为特征。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路在超快科学、数据存储、高速通信和光谱学中。以单一和窄（低至 700 Hz）的模式间拍音为特征。这一概念为基于超快极化子动力学的新一代紧凑、经济高效、电驱动的芯片级 FC 源提供了设计指南，为可强烈影响广泛应用的锁模太赫兹微激光器的产生铺平了道路超快科学、数据存储、高速通信和光谱学。
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