连续波单模太赫兹半导体激光器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61674144
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 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:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Terahertz quantum cascade lasers are novel semiconductor optoelectronic devices designed with “Energy band engineering”. This kind of terahertz devices is compact, coherent, and easy-integration in nature. This project will focus on the problem of the high efficient, continuous-wave, and narrow-linewidth single-mode operation. It is of a great significance, for the high-resolution “fingerprints” spectrum and coherent terahertz imaging, that a joint breakthrough of these issues is made. In this project, we will carry out a collaborative research on device physics, material growth, and device processing. Moreover, we especially work on the mechanisms discovery, model establishment and process innovation. The key problem will be solved systematically in areas of the optical gain and quantum efficiency dominated by microstructure fluctuation, the heat dissipation mechanism in micro- and nano-scale, the single-mode vertical surface emitting and beam control of TM polarized devices. At the end of this project, high-efficiency, continuous-wave and single-mode terahertz quantum cascade lasers in the range of 2~5 THz will be achieved, also the relative theory and technology.
太赫兹量子级联激光器是基于“量子工程”设计的新型半导体太赫兹光电子器件,本身具有结构紧凑、相干、易集成的特点。本课题旨在突破太赫兹量子级联激光器的连续波、窄线宽单模及高功率效率问题。这些问题的协同突破将对在太赫兹波段发展高分辨率“指纹”光谱和相干成像等先进信息技术具有重要意义。本项目将器件物理研究与材料制备及器件工艺创新结合起来,开展有重点地系统研究,致力于解决材料微观结构对器件光学增益和量子效率的调控机制、高功率连续波太赫兹量子级联激光器微纳尺度热耗散机制、横磁极化器件的单模垂直面发射及光束调控机制等关键科学问题。预期能够揭示限制器件性能的新机理、建立精确的理论模型,创新工艺技术和方法解决高性能芯片和器件研制的瓶颈问题,最终研制出2-5 THz范围内稳定单模工作的高效率连续波太赫兹量子级联激光器。

结项摘要

高分辨率THz外差光谱技术和THz相干成像技术的发展对红外天文学、生物医学以及公共安全领域具有重要意义。这些前沿的应用需求,对THz量子级联激光器的综合性能提出了更高要求。本项目以研究连续波单模THz量子级联激光器为出发点,瞄准提高有源区材料的净增益,改善有源区材料的热耗散,寻求有效的集成化光栅耦合技术等有限目标,重点突破。理论研究了激光材料微观结构影响器件性能的关键因素,掌握了其内在机理,设计出高效率的THz量子级联激光材料;研究了千层异质结构材料组分、厚度、界面、应变、掺杂的协同控制方法,实现了超多周期材料分子束外延生长的精准控制。研究了高功率连续波THz量子级联激光器的热耗散机制,掌握器件倒装焊和横向微观辅助散热工艺。研究了不同形式分布反馈光栅的耦合机理,研制出系列高效率THz量子级联激光器,实现了连续波单模工作。.本项目实现了2.8-5.2 THz范围内多频段量子级联激光器连续波工作,其中最高连续波功率>200mW,最高峰值总功率>1.6 W;实现单模器件工作温度>77K,边模抑制比>25dB,功率>20mW。发表学术论文10篇,国际学术会议论文2篇,申请国家发明专利4项。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
14 mu m quantum cascade lasers based on diagonal transition and nonresonant extraction
基于对角跃迁和非共振提取的14μm量子级联激光器
  • DOI:
    10.1364/prj.7.001244
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Photonics Research
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Niu Shouzhu;Liu Junqi;Cheng Fengmin;Wang Huan;Zhang Jinchuan;Zhuo Ning;Zhai Shenqiang;Wang Lijun;Liu Shuman;Liu Fengqi;Wang Zhanguo;Wang Xiaohua;Wei Zhipeng
  • 通讯作者:
    Wei Zhipeng
Sampled grating terahertz quantum cascade lasers
采样光栅太赫兹量子级联激光器
  • DOI:
    10.1063/1.5066310
  • 发表时间:
    2019-04
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Fang-yuan Zhao;Yuan-yuan Li;Jun-qi Liu;Feng-qi Liu;Jin-chuan Zhang;Shen-qiang zhai;Ning Zhuo;Li-jun Wang;Shu-man Liu;Zhan-guo Wang
  • 通讯作者:
    Zhan-guo Wang
Phase-locked array of quantum cascade lasers with an intracavity spatial filter
具有腔内空间滤波器的量子级联激光器的锁相阵列
  • DOI:
    10.1063/1.4990463
  • 发表时间:
    2017-08-07
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Jia, Zhiwei;Wang, Lei;Wang, Zhanguo
  • 通讯作者:
    Wang, Zhanguo
High-Performance Bound-to-Continuum Quantum Cascade Lasers at lambda similar to 8 mu m
高性能束缚连续量子级联激光器,波长类似于 8 μm
  • DOI:
    10.1166/jnn.2018.16065
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Nanoscience and Nanotechnology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Niu Shouzhu;Liu Junqi;Zhao Yue;Cheng Fengmin;Zhang Jinchuan;Wang Lijun;Liu Shuman;Liu Fengqi;Wang Zhanguo;Wei Zhipeng;Wang Xiaohua
  • 通讯作者:
    Wang Xiaohua
Stable single-mode operation of a distributed feedback quantum cascade laser integrated with a distributed Bragg reflector
集成分布式布拉格反射器的分布式反馈量子级联激光器的稳定单模运行
  • DOI:
    10.1364/prj.5.000320
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Photonics Research
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Cheng Feng-Min;Jia Zhi-Wei;Zhang Jin-Chuan;Zhuo Ning;Zhai Shen-Qiang;Wang Li-Jun;Liu Jun-Qi;Liu Shu-Man;Liu Feng-Qi;Wang Zhan-Guo
  • 通讯作者:
    Wang Zhan-Guo

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其他文献

交流电机驱动非理想振动系统的Sommerfeld效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李凌轩
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  • DOI:
    10.3788/gzxb20215010.1004004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘舒曼;刘俊岐;翟慎强;卓宁;张锦川;王利军;李远;刘峰奇
  • 通讯作者:
    刘峰奇
绝望与感恩在反刍思维与大学生自杀意念之间的 作用:一个有调节的中介模型
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林琳;刘羽;王晨旭;莫娟婵;刘俊岐;姜喆昊;李慧生;贾绪计
  • 通讯作者:
    贾绪计
交流电机驱动弹性连杆式振动机械的 Sommerfeld效应分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈晓哲;刘俊岐;钟山;李凌轩
  • 通讯作者:
    李凌轩
量子级联红外探测器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王利军;刘俊岐;李路;王占国;孔宁;翟慎强;刘峰奇
  • 通讯作者:
    刘峰奇

其他文献

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波导集成的原位中红外光谱检测技术
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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

        graph TD
          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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