Перестраиваемые ТГц лазеры

На сегодняшний день возрастающее внимание уделяется разработке сверхвысокочастотных систем для применения в совершенно различных областях электроники. При этом, в последнее время, все большую актуальность приобретает создание и терагерцовых (ТГц) источников излучения. Следует отметить, что в настоящее до сих пор не реализованы перестраиваемые источники ТГц излучения несмотря на всю их востребованность. В отличие от рентгеновского излучения ТГц волны не опасны, они не ионизируют среду и не повреждают биологические молекулы, что позволяет производить безопасную для человека диагностику раковых опухолей, определять степени ожогов, исследовать верхние слои человеческого тела – кожу, сосуды, мышцы. Источники ТГц излучения могут быть использованы в системах безопасности для сканирования багажа и людей, например, для детектирования спрятанных под одеждой человека различных предметов с расстояния до десятков метров.

Одним из перспективных и привлекающим большой интерес исследователей возможных подходов к созданию ТГц генераторов является использование полупроводниковых сверхрешеток для возбуждения блоховских осцилляций. Идея, заключающаяся в использовании блоховских осцилляций, восходит к работам Блоха (1928)], Зиннера (1934) и Яковлева (1961). Она заключается в том, что при воздействии электрического поля на электрон, находящийся в потенциале кристаллической решетки, он не совершает бесконечное движение, а начинает осциллировать. Однако в большей части естественных кристаллов блоховские осцилляции не наблюдаются в связи с большой шириной минизоны, преодолеть которую может лишь слишком сильное поле, которое превысит предел прочности кристалла. Позднее, с появлением работ Келдыша (1962) и Есаки и Тсу (1970), возрос интерес к искусственным полупроводниковым системам - полупроводниковым сверхрешеткам (СР) на основе периодических гетероструктур с периодом, состоящим из ям и барьеров. В такой системе вместе с потенциалом решетки также возникает периодический потенциал образованной СР с большим периодом, что приводит к образованию энергетических минизон меньшего размера. При приложении достаточно сильного электрического поля, которое расщепляет минизону на набор локализованых штарковских состояний (локализация Ванье-Штарка) происходит переход между уровнями в образованной штарковской лестницы и излучаются электромагнитные волны. Частота таких колебаний зависит от приложенного электрического поля и периода СР, непрерывно перестраивается приложенным полем, что дает предпосылки для создания перестраиваемого генератора терагерцового излучения.

Перестраиваемые ТГц лазеры