基于射频调制技术的宽谱太赫兹量子级联激光器研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61704181
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Homogeneous broadband and electrically pumped semiconductor radiation sources emitting in the terahertz regime are highly desirable for various applications, including spectroscopy, chemical sensing, and gas identification. In the frequency range between 1 and 5 THz, unipolar quantum cascade lasers employing electron inter-subband transitions in multiple-quantum-well structures are the most powerful semiconductor light sources. However, these devices are normally characterized by a narrow emission spectrum due to the narrow gain bandwidth of the inter-subband optical transitions. Terahertz quantum cascade lasers can be modulated by a RF signal. When the frequency of the signal is equal to laser mode spacing, each side mode will be enhanced, thus the emission spectrum will be broadened, even reach to the width of gain medium, and the laser mode spacing will be locked to the modulation frequency. If the active region has a wide gain spectrum, and a RF modulation is applied simultaneously, the laser is expected to output stable broadband emission spectrum..Here, we propose a homogeneous broad terahertz semiconductor quantum cascade laser. The active region with heterogeneous stacks provides a broadband gain medium. Under the radio frequency modulation, the emission spectrum spans to the gain spectrum width. A high-resolution homogeneous broadband spectrum with spectral bandwidth more than 1 THz and mode number more than one hundred, is expected.
均匀宽谱和电泵浦的太赫兹波段半导体辐射源应用前景广阔,包括光谱技术、化学传感和气体鉴定等。在1~5 THz频率范围内,量子级联激光器是一种重要的半导体辐射源,基本原理是电子在多量子阱结构中子带间跃迁辐射光子。然而正是由于这种有限的子带间跃迁特性限制了有源区增益带宽,结果影响了激光器发射谱谱宽。在太赫兹量子级联激光器上加入射频调制,当射频调制频率与纵模间隔相当时,边模得到增强,从而激光光谱范围变宽,几乎达到有源区增益谱范围,并且激光器模式间距将精确锁定到调制频率。如果以宽增益谱材料为有源区,外加射频调制,激光器有望实现稳定的宽发射谱输出。本项目提出一种宽谱太赫兹量子级联激光器,有源区由多个异质结构堆叠而成具有很宽的增益谱,在射频调制的作用下,光谱均匀展宽达到增益谱宽度,预期形成谱宽超过1THz、模数过百的高分辨率宽发射谱。

结项摘要

均匀宽谱和电泵浦的太赫兹波段半导体辐射源应用前景广阔,包括光谱技术、化学传感和气体鉴定等。在1~5 THz频率范围内,量子级联激光器是一种重要的半导体辐射源,其基本原理是电子在多量子阱结构中子带间跃迁辐射光子。激光器中有源区增益带宽、谐振腔特性以及外加射频调制等因素均会影响发射谱宽度。本项目研制了基于射频调制技术的宽谱太赫兹量子级联激光器,激射频率约4 THz,有源区具有很宽的增益谱,在射频调制作用下,发射谱均匀展宽,单个电流下谱宽达300 GHz,整个驱动电流下谱宽达700 GHz。另外采用15 mm超长谐振腔,激光模式间隔低至2.45 GHz,射频调制后单个电流下可激发90个纵模,整个驱动电流下纵模数约106个。这种高分辨的均匀宽发射谱在太赫兹光谱技术中具有重要的应用价值。最后,还开展了基于射频调制宽谱太赫兹量子级联激光器的太赫兹光频梳研究,实现了被动稳频太赫兹光频梳以及太赫兹双光梳。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
太赫兹量子级联激光器研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    万文坚;黎华;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚
Terahertz optical scanning imaging of motionless polyurethane insulation materials
静止聚氨酯绝缘材料的太赫兹光学扫描成像
  • DOI:
    10.1049/el.2019.2282
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Electronics Letters
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    F. C. Qiu;Z. Y. Tan;C Wang;Z. L. Fu;W. J. Wan;J. C. Cao
  • 通讯作者:
    J. C. Cao
Homogeneous spectral broadening of pulsed terahertz quantum cascade lasers by radio frequency modulation
通过射频调制实现脉冲太赫兹量子级联激光器的均匀光谱展宽
  • DOI:
    10.1364/oe.26.000980
  • 发表时间:
    2018-01-22
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wan, W. J.;Li, H.;Cao, J. C.
  • 通讯作者:
    Cao, J. C.
Reflective scanning imaging based on a fast terahertz photodetector
基于快速太赫兹光电探测器的反射扫描成像
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2018.06.030
  • 发表时间:
    2018-11-15
  • 期刊:
    OPTICS COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Qiu, Fucheng;Tan, Zhiyong;Cao, Juncheng
  • 通讯作者:
    Cao, Juncheng
Ridge width effect on comb operation in terahertz quantum cascade lasers
太赫兹量子级联激光器梳状操作的脊宽效应
  • DOI:
    10.1063/1.5090788
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhou K;Li Hua;Wan W J;Li Z P;Liao X Y;Cao J C
  • 通讯作者:
    Cao J C

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其他文献

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐天鸿;姚辰;万文坚;朱永浩;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚
基于太赫兹量子级联激光器的实时成像研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谭智勇;万文坚;黎华;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚
太赫兹量子级联激光器频率梳的色散
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    周康;黎华;万文坚;李子平;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚
Optical-phonon-mediated photocurrent in terahertz quantum-well photodetectors
太赫兹量子阱光电探测器中的光声子介导的光电流
  • DOI:
    10.1063/1.4916084
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    万文坚;张戎;谭智勇;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚
三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的远场分布特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱永浩;黎华;万文坚;周涛;曹俊诚
  • 通讯作者:
    曹俊诚

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基于太赫兹量子级联激光器的光混频及其高分辨光谱应用研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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