Квантово-каскадный лазер терагерцового диапазона на основе двухфотонного зонного дизайна.

Изобретение относится к разработке квантово-каскадного лазера терагерцового диапазона (ТГц ККЛ) на основе эффективного зонного дизайна с испусканием двух фотонов в одном активном модуле. Данный двухфотонный дизайн позволяет уменьшить эффект насыщения нелинейного усиления с ростом плотности фотонов в лазерном резонаторе по сравнению с традиционными активными областями ТГц ККЛ, в которых испускается один фотон в активном модуле. Это потенциально позволяет увеличить выходную мощность ТГц ККЛ. Кроме того, использование двух излучательных переходов в одном активном модуле открывает широкие возможности по управлению спектральными характеристиками ТГц ККЛ, в том числе для широкополосной генерации ТГц излучения, что крайне актуально для спектроскопических задач. Традиционно при конструировании дизайна активной области ТГц ККЛ используются несколько уровней размерного квантования в зоне проводимости полупроводниковых сверхрешеток, которые выполняют функции уровня инжектора, верхнего лазерного уровня, нижнего лазерного уровня и уровня экстрактора. Техническим результатом изобретения является улучшение излучательных характеристик ТГц ККЛ (увеличение выходной мощности излучения, максимальной рабочей температуры и ширины полосы генерации) за счет использования двухфотонного зонного дизайна активной области. В предложенном зонном дизайне могут быть использованы активные модули на основе трех, четырёх и более квантовых ям. Для квантовых ям могут быть использованы, как традиционная гетеропара GaAs/AlxGa1-xAs с содержанием алюминия в барьерных слоях от x=0.1 до x=1 (барьер из чистого AlAs), так и альтернативные гетеропары на основе InGaAs/InAlAs, GaN/AlGaN и др. Предлагаемый двухфотонный зонный дизайн активной области ТГц ККЛ имеет две пары лазерных уровней, что позволяет испускать электрону два фотона при прохождении через один активный модуль. Энергия испускаемых фотонов может быть одинаковой. Этот случай позволяет минимизировать паразитное насыщение нелинейного усиления активной области при увеличении плотности фотонов в структуре. Также можно конструировать зонные дизайны с разной энергией «первого» и «второго» фотонов. Это позволит создавать «двухцветные» ТГц ККЛ, которые работают в двух частотных диапазонах. Небольшое отличие в энергии «первого» и «второго» фотонов позволит создавать ТГц ККЛ с широкой полосой генерации, т.к. в этом случае контур усиления будет уширяться в области энергий фотонов.