Terahertz lasing without inversion based on quantum coherence between intersubband transitions: Pumping and lasing

• Antragsteller: Professor Dr. William Ted Masselink
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 157945847

Das gemeinsame Forschungsziel der Gruppen an der Humboldt-Universität zu Berlin (HUB) und am Paul-Drude-Institut (PDI) ist der Nachweis der Laseremission auf der Basis von Verstärkung durch Quantenkohärenz sowie ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse. Das geplante System besteht aus einem Hochleistungs- Quantenkaskaclenlaser (QCL) im mittleren Infrarotbereich (MIR) zum Pumpen und einem optisch gepumpten, elektrisch getriebenen Terahertz-Quantenlaser (TQL). Die Zielstellungen der HUBGruppe im Hinblick auf das gemeinsame Forschungsziel sind die Optimierung des MIR-Pump- QCLs bezüglich Leistung, Strahlqualität und Durchstimmbarkeit innerhalb eines externen Resonators, die Optimierung der Kopplung zwischen dem MIR-QCL und dem TQL unter Verwendung zweier neuer Herangehensweisen und gemeinsam mit der PDI-Gruppe der Nachweis und die Untersuchung eines funktionsfähigen TQL.Um diese Zielstellungen und das gemeinsame Forschungsziel zu erreichen, muss der aktive Bereich des MIR-QCLs bezüglich der Injektionseffizienz optimiert werden, was ein tieferes Verständnis der Prozesse, die Elektronen in höher liegende energetische Zustände streuen, voraussetzt. Durch dieses Verständnis wird es ermöglicht, die Emissionsleistung auf die erforderlichen 30 W zu erhöhen. Gleichzeitig muss der aktive Bereich des QCLs auch für eine ausreichende Durchstimmbarkeit mittels des externen Resonators unter Beibehaltung einer großen Übergangseffizienz optimiert werden. Weiterhin werden zwei Herangehensweisen verfolgt werden, um die Kopplung der MIR-Emission in den TQL zu optimieren: die "butt"-Kopplung eines QCLs in einem externen Resonator und die laterale Kopplung mittels Gitter höherer Ordnung sowohl an dem MIR-QCL als auch an der TQL-Struktur. Schließlich wird in der dritten Zielstellung das Ansprechverhalten der TQL-Struktur auf die eingekoppelte MIR-Strahlung untersucht, um die Funktionsfähigkeit des TQLs nachzuweisen. Im Besonderen wird die THz-Emission in Abhängigkeit von der MIR-Leistung, der angelegten Spannung, der Kopplung und der Betriebstemperatur untersucht. Dieser Antrag beschäftigt sich ausdrücklich mit der Entwicklung des MIR-QCLs für das optische Pumpen dieses Systems und der Kopplung des 10-pm-Anregungsstrahls in die TQL-Struktur. Diese auf GaAs/(AI,Ga)As basierende Kaskadenstruktur, die die THz-Emissionsübergänge bestimmt, wird innerhalb des parallel eingereichten Projekts der PDI-Gruppe entwickelt und untersucht. Das Projektziel, der Nachweis eines THz-Lasers auf der Basis von Quantenkohärenz, wird in Zusammenarbeit mit der PDI-Gruppe entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Mykhaylo Semtsiv