WO2019110682A1 - Strahlungsquelle zur emission von terahertz-strahlung - Google Patents

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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Definitions

  • the present application relates to a radiation source for emission of terahertz radiation.
  • Terahertz radiation is electromagnetic radiation that lies in the electromagnetic spectrum between infrared radiation and microwaves. Under terahertz radiation is here and below in particular
  • Radiation sources in the terahertz radiation range is
  • the two laser light sources produce an interference signal having the beat frequency ff _ fi where f is the frequency of the first
  • the interference signal generates an electric field in the semiconductor material with the
  • a problem to be solved according to one aspect of the present application is to have a compact and
  • the radiation source comprises a first laser light source emitting radiation at a first frequency f] _ emitted.
  • the radiation source comprises a second laser light source which emits radiation at a second frequency 2. It is possible that the radiation source is more than just two laser light sources having. In this case, it is possible that the laser light sources emit radiation at more than two different frequencies.
  • the laser light sources can
  • Photomixer is understood here and below as a device that is adapted to receive the radiation of the laser light sources and to emit terahertz radiation having at least one beat frequency of the laser light sources.
  • the at least one beat frequency of the laser light sources is the difference frequency 2 in the case of two laser light sources the two different frequencies of the laser light sources.
  • the beat frequency is about 400 GHz. If the
  • Radiation source has more than two laser light sources with more than two different frequencies, terahertz radiation is generated with several discrete frequencies in the terahertz range, thus realizing a broadband terahertz radiation source.
  • the photomixer has a photoconductive semiconductor material and an antenna structure on.
  • the radiation of the two laser light sources overlaps in the region of the photoconductive semiconductor material. As a result, an electric field is generated that with the
  • Beating frequency is modulated. Radiation with the beat frequency is radiated via the antenna structure.
  • the at least two laser light sources are surface-emitting semiconductor lasers.
  • a surface emitting semiconductor laser is also referred to as VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) and has an emission direction perpendicular to the
  • Semiconductor laser is. A surface emitting
  • Semiconductor laser has in particular a first
  • Resonator mirror and a second resonator which are designed in particular as a DBR mirror. Between the resonator mirrors, an active layer is arranged, which can be designed in particular as a single or multiple quantum well structure.
  • Laser light sources for the radiation source on the one hand has the advantage that surface-emitting semiconductor lasers can generate radiation with a high power density in order to generate terahertz radiation with the beat frequency in the photomixer in a particularly effective manner. Furthermore, surface emitting semiconductor lasers are characterized by a low temperature drift of the emission wavelength, since the emission wavelength of surface emitting
  • the surface-emitting semiconductor lasers are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array on a common carrier. The arrangement of
  • One-dimensional or two-dimensional array on a common carrier has the particular advantage that the surface-emitting semiconductor lasers are thermally coupled to one another via the common carrier. A change in temperature therefore affects the at least two
  • the radiation source for terahertz radiation is therefore compared to a
  • the common carrier is a growth substrate on which the
  • the surface emitting semiconductor lasers are grown.
  • the surface emitting semiconductor lasers can be grown.
  • the common carrier in particular a common growth substrate of the two surface-emitting semiconductor lasers, is a GaAs substrate.
  • a GaAs substrate is particularly suitable for growing arsenide compound semiconductor materials.
  • the surface-emitting semiconductor lasers have, in particular, a III-V semiconductor material in which the component from group V of the periodic table has at least one of the elements As, P or Sb. It is also possible that
  • Semiconductor material has two or three of the elements As, P or Sb.
  • Arsenide compound semiconductor material preferably
  • This material does not necessarily have a
  • the above formula may contain one or more dopants and have additional constituents.
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al, Ga, In, As), even though these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • Arsenide compound semiconductors are particularly useful for emitting radiation from the visible red light into the
  • the semiconductor material is a
  • Antimonide or phosphide semiconductor material Antimonide or phosphide semiconductor material.
  • InP are in particular for the emission of
  • Surface emitting semiconductor laser wavelengths from the wavelength range between 840 nm and 1600 nm.
  • the surface emitting semiconductor lasers it is possible for the surface emitting semiconductor lasers to have emission wavelengths in the range of about 840 nm to about 950. In this case, the
  • Surface-emitting semiconductor laser for example, an AlInGaAs semiconductor material. It is also possible that the surface emitting semiconductor lasers
  • Surface-emitting semiconductor laser for example, a GaInAsSbP semiconductor material.
  • the number of surface-emitting semiconductor lasers of the radiation source is exactly two. In this embodiment, the radiates
  • Radiation source terahertz radiation of a single frequency.
  • the frequency of the emitted terahertz radiation is equal to the difference frequency 2 in this case the two surface emitting semiconductor lasers.
  • the number of surface emitting semiconductor lasers of the radiation source is at least three, so that the radiation source emits terahertz radiation of different frequencies.
  • the radiation source comprises in particular surface-emitting semiconductor lasers which have more than two different frequencies. Accordingly, there are more than two beating frequencies in the terahertz frequency range radiated from the radiation source.
  • the terahertz radiation has one frequency or several frequencies in the
  • the beam-shaping element can each be a lens for collimation and / or focusing of the laser radiation.
  • the arrangement of the beam-shaping elements on the array a compact structure is achieved and the
  • Resonator mirror formed on the laser resonator, wherein the laser resonators for adjusting the beat frequency have a difference in length.
  • the resonator mirrors the surface emitting
  • DBR mirrors may be formed by DBR mirrors, for example.
  • DBR mirrors have a variety of DBR mirrors
  • the semiconductor layer sequence arranged between the first resonator mirror and the second resonator mirror of the surface-emitting semiconductor laser contains, in particular, the active layer provided for the emission of radiation.
  • the length difference of the laser resonators and the resulting difference in the emission wavelengths can be achieved in particular by the fact that the
  • Resonator mirror and the second resonator is arranged in the surface-emitting semiconductor lasers having a different thickness.
  • Semiconductor laser on a spacer layer for adjusting the difference in length.
  • the spacer layer is deposited, the thickness of which defines the difference in length of the laser resonators.
  • the length difference of the laser resonators is
  • At least two surface emitting semiconductor laser between 0.1 nm and 6 nm. In this way, a
  • Semiconductor laser advantageously be set with high accuracy.
  • the array of surface-emitting semiconductor lasers is fixed to the
  • Surface-emitting semiconductor laser may in particular cohesively, for example, with a connecting layer, be firmly connected to the photomixer. In this way, a compact radiation source is achieved, which can be produced in particular cost-saving.
  • Surface emitting semiconductor laser may be connected to the photomixer, for example, with an adhesive layer.
  • the common carrier is the surface-emitting
  • the common carrier of the surface-emitting semiconductor laser may in particular be the growth substrate of the surface-emitting semiconductor laser, for example a GaAs substrate, his.
  • the photomixer also has a GaAs substrate. The substrate of the photomixer and the common carrier of
  • the emitting the emitting
  • the laser radiation through the common carrier, for example by the common growth substrate.
  • the common carrier for example by the common growth substrate.
  • This embodiment has the advantage that due to the thickness of the carrier a distance between the array of
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of a cross section through a terahertz radiation source according to a first exemplary embodiment
  • Figure 1B is a schematic representation of the emitted
  • Figure 2A is a schematic representation of the generation of terahertz radiation from the laser radiation of two
  • FIG. 2B shows a schematic representation of a plan view of an example of the photoconductive semiconductor material
  • FIG. 3A shows a schematic representation of a cross section through a terahertz radiation source according to a second exemplary embodiment
  • Figure 3B is a schematic representation of the emitted
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a cross section through a terahertz radiation source according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a cross section through a terahertz radiation source according to a fourth embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of an array of two surface-emitting semiconductor lasers according to one
  • the radiation source 100 comprises two
  • Laser light sources that are at
  • the first surface emitting semiconductor laser 1 emits laser radiation 11 at a first frequency f.
  • the further surface emitting semiconductor laser 2 emits
  • Semiconductor laser 1, 2 each have a beam-shaping element 7, which is provided for collimation and / or focusing of the emitted laser radiation 11, 12.
  • the radiation source 100 for terahertz radiation 6 has a photomixer 5, which is set up to receive the laser radiation 11, 12 of the laser light sources 1, 2 and to emit terahertz radiation 6.
  • Terahertz radiation 6 in this case has the beat frequency of the laser light sources 1, 2, which is equal to the
  • Photomixer 5 a photoconductive semiconductor material 51 and an antenna structure 52 on. The of the
  • Semiconductor material 51 charge carriers with the
  • semiconductor material 51 may be biased. Be provided voltage and to be provided in particular with an electrode structure. It is also possible that the photoconductive semiconductor material 51 is a photodiode.
  • the photoconductive semiconductor material 51 of the photomixer 5 is connected to an antenna structure 52 connected thereto
  • the photoconductive semiconductor material 51 of the photomixer may be, for example, GaAs.
  • the antenna structure 52 is preferably formed of a metal and may be in
  • the antenna structure 52 is arranged on a side of the photomixer 5 facing the laser light sources 1, 2.
  • the photomixer 5 preferably has a lens 60 in order to effect beam shaping of the emitted terahertz radiation 6.
  • silicon is particularly suitable.
  • the at least two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 are arranged at the radiation source 100 in a one- or two-dimensional array 8 on a common carrier 10.
  • Semiconductor laser 1, 2 on the common carrier 10 has the particular advantage that the surface emitting semiconductor laser 1, 2 are thermally coupled to one another via the common carrier. Temperature fluctuations therefore have an advantageous effect in substantially the same way on the two surface-emitting semiconductor lasers 1, 2.
  • the use of the surface-emitting semiconductor laser 1, 2 in the radiation source 100 is particularly advantageous since surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 in the radiation source 100 is particularly advantageous since surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 in the radiation source 100 is particularly advantageous since surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 in the radiation source 100 is particularly advantageous since surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 in the radiation source 100 is particularly advantageous since surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 in the radiation source 100
  • Temperature change due to the temperature dependence of the refractive index of the semiconductor material only very slightly change. However, unlike conventional LEDs or laser diodes, the temperature dependence of the gain in the laser medium in a VCSEL does not significantly affect the emission wavelength.
  • the semiconductor layer sequences of the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 can, for example, on a
  • Antimony semiconductor material based.
  • the semiconductor layer sequences can each on a
  • Semiconductor laser in particular in the wavelength range between 840 nm and 950 nm can be. Alternatively it is
  • Indium phosphide contained and the emission wavelengths in the wavelength range between 1300 nm and 1600 nm. The difference of the wavelengths between the first
  • FIG. 1B shows by way of example a possible frequency spectrum of the radiation source 100 according to the exemplary embodiment of FIG. 1A.
  • the radiation source 100 is only two
  • terahertz radiation 6 is emitted with an intensity I at a single frequency f, which may be about 400 GHz, for example.
  • This frequency f corresponds to the
  • Beating frequency that is, the difference frequency of the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2, when the wavelength spacing of the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 is about 1 nm.
  • the frequency of terahertz radiation can generally vary depending on
  • Semiconductor laser between about 0.1 THz and 30 THz.
  • FIG. 2A schematically shows the generation of terahertz radiation 6 by means of the photomixer 5.
  • the photomixer 5 hit the laser radiation 11 of the first surface emitting semiconductor laser and the
  • Photoconductive semiconductor material 51 Semiconductor laser on and overlap in the area of photoconductive semiconductor material 51.
  • photoconductive semiconductor material 51 are charge carriers with the
  • the photoconductive semiconductor material 51 is a
  • Antenna structure 52 is connected, which radiates terahertz radiation 6 with the beat frequency.
  • a lens element 60 is for beam shaping of the terahertz radiation 6 on the
  • Photomixer 5 is mounted, wherein the lens element 60 preferably comprises silicon.
  • Semiconductor material 51 may, for example, with a
  • Electrode structure 53 may be provided, in particular
  • meandering over the semiconductor material may be performed.
  • a bias voltage can be applied to the photoconductive semiconductor material 51.
  • a photoconductive semiconductor material 51 may for example also serve a photodiode. The to the photoconductive
  • Semiconductor material 51 connected antenna structure 52 may be, for example, a spiral-shaped metallization.
  • Radiation source 100 has more than two surface emitting semiconductor laser.
  • the light emitting semiconductor laser has more than two surface emitting semiconductor laser.
  • Radiation source 100 four surface emitting
  • the Surface emitting semiconductor lasers 1, 2, 3, 4 preferably each have a beam-shaping optical system 7, which is adapted to the emitted laser beams 11, 12, 13,
  • the plurality of surface emitting semiconductor lasers 1, 2, 3, 4 could also be arranged in a two-dimensional array.
  • Semiconductor lasers 1, 2, 3, 4 has the particular advantage that in the region of the photoconductive semiconductor material 51, a high radiation intensity is achieved, so that
  • Particularly effective terahertz radiation 6 is generated.
  • Figure 3B shows a possible frequency spectrum
  • surface emitting semiconductor laser 1, 2, 3, 4 have a plurality of different frequencies. In this case, there are several beat frequencies of the laser beams 11, 12,
  • the frequency spectrum of the terahertz radiation source 100 is therefore of several discrete terahertz frequencies
  • Semiconductor lasers may be different, for example
  • Wavelength range from 849 nm to 851 nm are distributed.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • This embodiment differs from the embodiment of Figure 1A in that the array 8 of the surface emitting Semiconductor laser 1, 2 is connected directly to the photomixer 5.
  • the array 8 of the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 can be connected to the photomixer 5, for example, by means of a connecting layer 9, in particular an adhesive layer.
  • a connecting layer 9, in particular an adhesive layer in particular an adhesive layer.
  • Photomixer a particularly compact radiation source 100 is achieved, which is also particularly adjustment stable.
  • a spacer (not shown) between the array 8 of
  • Gallium arsenide is particularly transparent to wavelengths greater than about 905 nm.
  • the surface emitting semiconductor lasers 1, 2 it is possible for the surface emitting semiconductor lasers 1, 2 to have a
  • Wavelength of more than 905 nm, for example in the range of about 950 nm, and the substrate of the photomixer 5 through. 5 shows yet another embodiment of the radiation source 100 is shown, in which the array 8 of the surface emitting semiconductor laser 1, 2 is connected directly to the photomixer 5.
  • the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 are arranged on a side of the common carrier 10 facing away from the photomixer 5.
  • Surface emitting semiconductor laser 1, 2 is transparent in this embodiment for the of the
  • the common carrier 10 may
  • the surface emitting semiconductor lasers 1, 2 are so-called bottom emitters, which by the growth substrate 10, the laser radiation 11, 12, in
  • a distance between the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 and the photoconductive semiconductor material 51 of the photomixer 5 can be produced on the growth substrate. It is thus possible in particular that the photoconductive semiconductor material 51 and the
  • Antenna structure 52 of the photomixer are arranged on the side facing the array 8 of the surface emitting semiconductor laser 1, 2 side. Unlike the previous one
  • Embodiment is the array 8 of
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through an array 8 of two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 that can be used in the radiation source 100.
  • the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 are arranged on a common carrier 10, which may in particular be a common growth substrate.
  • the surface emitting semiconductor lasers 1, 2 each have a first resonator mirror 21 and a second resonator mirror 22.
  • the first resonator mirror 21 and / or the second resonator mirror 22 can be used in the radiation source 100.
  • the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 are arranged on a common carrier 10, which may in particular be a common growth substrate.
  • the surface emitting semiconductor lasers 1, 2 each have a first resonator mirror 21 and a second resonator mirror 22.
  • the first resonator mirror 21 and / or the second resonator mirror 22 can be used in the radiation source 100.
  • the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 are arranged on a common carrier 10, which may in particular be a common
  • DBR mirrors in particular be designed as a DBR mirror.
  • DBR mirrors have a multiplicity of periodically arranged layers which differ in their refractive index
  • a semiconductor layer sequence 20 is arranged in each case, in particular the active layer of the surface-emitting semiconductor laser 1, 2, a semiconductor layer sequence 20 is arranged in each case, in particular the active layer of the surface-emitting
  • the active layer may be, for example, as a pn junction, as a double heterostructure, as
  • quantum well structure encompasses any structure, in the case of the charge carriers
  • Dimensionality of quantization It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • Laser radiation 12 the laser resonators of the two surface emitting semiconductor lasers 1, 2 a
  • Resonator mirror 22 is arranged. At the second
  • Surface-emitting semiconductor laser 2 is between the first resonator mirror 21 and the second resonator mirror 22 in addition to the semiconductor layer sequence 20 with the thickness d, a spacer layer 23 with a thickness Ad
  • semiconductor layer sequences 20 can be grown simultaneously on the common growth substrate 10 in the case of both surface-emitting semiconductor lasers 1, 2.
  • the spacer layer 23 on the second surface emitting semiconductor laser 2 the spacer layer 23 on the second surface emitting semiconductor laser 2
  • Surface emitting semiconductor laser 1 for example, be masked. Subsequently, for example, the two second resonator mirrors 22 are again grown simultaneously on the two surface-emitting semiconductor lasers 1, 2.
  • L is the length of the laser resonator
  • q is an integer which indicates the number of oscillations in the laser resonator
  • n is the refractive index in the laser resonator, in particular the refractive index of the semiconductor material.
  • Ad of the two laser resonators can be
  • the nm for example, be between 0.1 nm and 6 nm.
  • the wavelength difference for example, 1 nm, the
  • Semiconductor lasers are arranged close together and therefore have the same thermal behavior. As a result, the wavelength spacing between the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 during operation advantageously remains approximately constant.
  • the surface-emitting semiconductor lasers 1, 2 are preferably single-mode lasers, which preferably have the same polarization.
  • Surface emitting semiconductor laser 1, 2 can for Obtain the same polarization, for example, have an elliptical beam aperture, which is the same orientation in both surface-emitting semiconductor lasers. It is possible that the surface emitting
  • Semiconductor laser each having a beam shaping element 7 on the aperture to focus or collimate the emitted laser radiation 11, 12.

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Abstract

Es wird eine Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung (6) angegeben, umfassend mindestens zwei Laserlichtquellen, die Laserstrahlung (11, 12) verschiedener Frequenzen emittieren, und einen Photomischer (5), der ein photoleitendes Halbleitermaterial (51) und eine Antennenstruktur (52) aufweist, wobei der Photomischer (5) dazu eingerichtet ist, die Laserstrahlung (11, 12) der Laserlichtquellen (1, 2) zu empfangen und Terahertz-Strahlung (6) mit mindestens einer Schwebungsfrequenz der Laserlichtquellen abzustrahlen, und wobei die mindestens zwei Laserlichtquellen oberflächenemittierende Halbleiterlaser (1, 2) sind, die in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Array auf einem gemeinsamen Träger (10) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSQUELLE ZUR EMISSION VON TERAHERTZ-STRAHLUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 129 173.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei Terahertz-Strahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarotstrahlung und Mikrowellen liegt. Unter Terahertz- Strahlung wird hier und im Folgenden insbesondere
elektromagnetische Strahlung mit Frequenzen zwischen 0,1 THz und 30 THz verstanden.
Da die Erzeugung und Abstrahlung von Terahertz-Strahlung mit Frequenzen von mehr als 0,1 THz im Vergleich zu anderen
Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums sehr aufwändig ist und lange nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich war, spricht man auch von einer sogenannten
Terahertz-Lücke im elektromagnetischen Spektrum. Insbesondere die Herstellung von miniaturisierten, kompakten
Strahlungsquellen im Terahertz-Strahlungsbereich ist
problematisch .
Aus der Druckschrift E. F. Plihski, "Terahertz Photomixer", Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical
Sciences, Vol. 58, No. 4 (2010), 463-470, ist eine Terahertz-
Strahlungsquelle bekannt, die einen sogenannten Photomischer aufweist. In dem Photomischer wird die Strahlung von zwei Laserlichtquellen unterschiedlicher Frequenz auf ein
photoleitendes Halbleitermaterial gerichtet, das mit einer Antennenstruktur versehen ist. Die beiden Laserlichtquellen erzeugen ein Interferenzsignal, das die Schwebungsfrequenz ff _ fi aufweist, wobei f die Frequenz der ersten
Laserlichtquelle und £2 die Frequenz der zweiten
Laserlichtquelle ist. Das Interferenzsignal erzeugt in dem Halbleitermaterial ein elektrisches Feld mit der
Schwebungsfrequenz 2 fi, das durch die Antennenstruktur als elektromagnetische Welle mit einer Frequenz im Terahertz- Bereich abgestrahlt wird.
Eine zu lösende Aufgabe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung besteht darin, eine möglichst kompakte und
effektive Strahlungsquelle zur Erzeugung von Terahertz- Strahlung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Terahertz-Strahlungsquelle sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung
mindestens zwei Laserlichtquellen, die Strahlung
verschiedener Frequenzen emittieren. Insbesondere umfasst die Strahlungsquelle eine erste Laserlichtquelle, die Strahlung mit einer ersten Frequenz f]_ emittiert. Weiterhin umfasst die Strahlungsquelle eine zweite Laserlichtquelle, die Strahlung mit einer zweiten Frequenz 2 emittiert. Es ist möglich, dass die Strahlungsquelle mehr als nur zwei Laserlichtquellen aufweist. In diesem Fall ist es möglich, dass die Laserlichtquellen Strahlung mit mehr als zwei verschiedenen Frequenzen emittieren. Die Laserlichtquellen können
insbesondere Strahlung im infraroten Spektralbereich
emittieren .
Weiterhin umfasst die Strahlungsquelle zur Emission von
Terahertz-Strahlung einen Photomischer. Unter einem
Photomischer wird hier und im Folgenden ein Bauelement verstanden, dass dazu eingerichtet ist, die Strahlung der Laserlichtquellen zu empfangen und Terahertz-Strahlung mit mindestens einer Schwebungsfrequenz der Laserlichtquellen abzustrahlen. Die mindestens eine Schwebungsfrequenz der Laserlichtquellen ist im Fall von zwei Laserlichtquellen die Differenzfrequenz 2
Figure imgf000005_0001
der beiden verschiedenen Frequenzen der Laserlichtquellen. Wenn die Laserlichtquellen
beispielsweise Wellenlängen von 850 nm und 851 nm aufweisen, beträgt die Schwebungsfrequenz etwa 400 GHz. Wenn die
Strahlungsquelle mehr als zwei Laserlichtquellen mit mehr als zwei verschiedenen Frequenzen aufweist, wird Terahertz- Strahlung mit mehreren diskreten Frequenzen im Terahertz- Bereich erzeugt und so eine breitbandige Terahertz- Strahlungsquelle realisiert.
Der grundsätzliche Aufbau eines Photomischers zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung ist dem Fachmann an sich aus der in der Einleitung zitierten Druckschrift E. F. Plihski,
"Terahertz Photomixer", Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, Vol. 58, No. 4 (2010), 463-470, bekannt, deren Inhalt bezüglich der Funktionsweise des
Photomischers hiermit durch Rückbezug vollumfänglich
aufgenommen wird. Der Photomischer weist insbesondere ein photoleitendes Halbleitermaterial und eine Antennenstruktur auf. Die Strahlung der beiden Laserlichtquellen überlappt im Bereich des photoleitenden Halbleitermaterials. Hierdurch wird ein elektrisches Feld erzeugt, dass mit der
Schwebungsfrequenz moduliert ist. Über die Antennenstruktur wird Strahlung mit der Schwebungsfrequenz abgestrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung sind die mindestens zwei Laserlichtquellen oberflächenemittierende Halbleiterlaser.
Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser wird auch als VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) bezeichnet und weist eine Emissionsrichtung auf, die senkrecht zur
Halbleiterschichtenfolge des oberflächenemittierenden
Halbleiterlasers ist. Ein oberflächenemittierender
Halbleiterlaser weist insbesondere einen ersten
Resonatorspiegel und einen zweiten Resonatorspiegel auf, die insbesondere als DBR-Spiegel ausgeführt sind. Zwischen den Resonatorspiegeln ist eine aktive Schicht angeordnet, die insbesondere als Einfach- oder MehrfachquantentopfStruktur ausgebildet sein kann. Die Verwendung
oberflächenemittierender Halbleiterlaser als
Laserlichtquellen für die Strahlungsquelle hat zum einen den Vorteil, dass mit oberflächenemittierenden Halbleiterlasern Strahlung mit einer hohen Leistungsdichte erzeugt werden kann, um in dem Photomischer besonders effektiv Terahertz- Strahlung mit der Schwebungsfrequenz zu erzeugen. Weiterhin zeichnen sich oberflächenemittierende Halbleiterlaser durch eine geringe Temperaturdrift der Emissionswellenlänge aus, da die Emissionswellenlänge von oberflächenemittierenden
Halbleiterlasern im Wesentlichen durch die Länge der Kavität zwischen dem oberen und dem unteren Resonatorspiegel
beeinflusst wird, deren Temperaturabhängigkeit nur gering ist . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Strahlungsquelle sind die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Array auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Die Anordnung der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser in einem
eindimensionalen oder zweidimensionalen Array auf einem gemeinsamen Träger hat insbesondere den Vorteil, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser über den gemeinsamen Träger thermisch aneinander gekoppelt sind. Eine Änderung der Temperatur wirkt sich daher auf die mindestens zwei
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser im Wesentlichen in gleicher Weise aus, sodass sich die Schwebungsfrequenz, die gleich der Frequenz der abgestrahlten Terahertz-Strahlung ist, im Wesentlichen nicht ändert. Die Strahlungsquelle für Terahertz-Strahlung ist deshalb im Vergleich zu einer
Strahlungsquelle mit diskreten Laserlichtquellen
vergleichsweise temperaturunempfindlich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der gemeinsame Träger ein Aufwachssubstrat, auf dem die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser aufgewachsen sind. Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser können
insbesondere monolithisch auf dem gemeinsamen
Aufwachssubstrat aufgewachsen sein. "Monolithisch
aufgewachsen" bedeutet hier, dass die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser jeweils eine
Epitaxieschichtenfolge aufweisen, die ganz oder zumindest teilweise im gleichen Epitaxieprozess hergestellt wurde.
Durch die monolithische Integration der beiden
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser auf einem
gemeinsamen Aufwachssubstrat entfällt im Vergleich zu einer Strahlungsquelle mit diskreten Laserdioden insbesondere der Justageaufwand, um die beiden Laserlichtquellen relativ zueinander zu justieren. Weiterhin wird auf diese Weise eine vergleichsweise kompakte und robuste Strahlungsquelle
erzielt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der gemeinsame Träger, insbesondere ein gemeinsames Aufwachssubstrat der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, ein GaAs- Substrat. Ein GaAs-Substrat ist insbesondere zum Aufwachsen von Arsenidverbindungshalbleitermaterialien geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basieren die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser auf einem
Arsenidverbindungshalbleiter, einem
Phosphidverbindungshalbleiter oder einem
Antimonidverbindungshalbleiter . Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser weisen insbesondere ein III-V- Halbleitermaterial auf, bei dem die Komponente aus der Gruppe V des Periodensystems mindestens eines der Elemente As, P oder Sb aufweist. Es ist auch möglich, dass das
Halbleitermaterial zwei oder drei der Elemente As, P oder Sb aufweist .
Beispielsweise basieren die oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser auf einem Arsenidverbindungshalbleiter. „Auf einem Arsenid-Verbindungshalbleiter basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie- Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein
Arsenidverbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise
AlnGamIni-n-mAs umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Arsenidverbindungshalbleiter sind insbesondere zur Emission von Strahlung vom sichtbaren roten Licht bis in den
nahinfraroten Spektralbereich geeignet.
Es ist weiterhin möglich, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser GaxIni-xSbyPzAsi-y-z mit 0 d c < 1, 0 < y < 1, 0
< z < 1 und y + z < 1 aufweisen. Vorzugsweise ist y > 0 und/oder z > 0, d.h. das Halbleitermaterial ist ein
Antimonid- oder Phosphidhalbleitermaterial .
Halbleitermaterialien aus diesem Materialsystem,
beispielsweise InP, sind insbesondere zur Emission von
Strahlung im mittleren infraroten Spektralbereich geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich zwischen 840 nm und 1600 nm auf. Es ist beispielsweise möglich, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser Emissionswellenlängen im Bereich von etwa 840 nm bis etwa 950 aufweisen. In diesem Fall können die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser beispielsweise ein AlInGaAs-Halbleitermaterial aufweisen. Es ist auch möglich, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser
Emissionswellenlängen im Bereich von etwa 1300 nm bis etwa 1600 aufweisen. In diesem Fall können die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser beispielsweise ein GalnAsSbP-Halbleitermaterial aufweisen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Anzahl der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser der Strahlungsquelle genau zwei. Bei dieser Ausgestaltung strahlt die
Strahlungsquelle Terahertz-Strahlung einer einzigen Frequenz ab. Die Frequenz der emittierten Terahertz-Strahlung ist in diesem Fall gleich der Differenzfrequenz 2
Figure imgf000010_0001
der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser.
Bei einer alternativen Ausgestaltung beträgt die Anzahl der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser der Strahlungsquelle mindestens drei, sodass die Strahlungsquelle Terahertz- Strahlung verschiedener Frequenzen abstrahlt. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Strahlungsquelle insbesondere oberflächenemittierende Halbleiterlaser, die mehr als zwei verschiedene Frequenzen aufweisen. Entsprechend ergeben sich mehr als zwei Schwebungsfrequenzen im Terahertz- Frequenzbereich, die von der Strahlungsquelle abgestrahlt werden .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Terahertz- Strahlung eine Frequenz oder mehrere Frequenzen im
Frequenzbereich zwischen 0,1 THz und 30 THz auf.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser jeweils ein
Strahlformungselement auf, das auf dem ein- oder
zweidimensionalen Array angeordnet ist. Das
Strahlformungselement kann beispielsweise jeweils eine Linse zur Kollimation und/oder Fokussierung der Laserstrahlung sein. Durch die Anordnung der Strahlformungselemente auf dem Array wird ein kompakter Aufbau erzielt und der
Justageaufwand im Vergleich zu separat angeordneten
Strahlformungselementen vermindert . Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser jeweils einen durch einen ersten Resonatorspiegel und einen zweiten
Resonatorspiegel gebildeten Laserresonator auf, wobei die Laserresonatoren zur Einstellung der Schwebungsfrequenz eine Längendifferenz aufweisen.
Die Resonatorspiegel der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser können beispielsweise durch DBR-Spiegel gebildet sein. DBR-Spiegel weisen eine Vielzahl von
abwechselnden Halbleiterschichten in einer periodischen Anordnung auf. Die zwischen dem ersten Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser angeordnete Halbleiterschichtenfolge enthält insbesondere die zur Emission von Strahlung vorgesehene aktive Schicht.
Die Längendifferenz der Laserresonatoren und die daraus resultierende Differenz der der Emissionswellenlängen kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die
Halbleiterschichtenfolge, welche zwischen dem ersten
Resonatorspiegel und dem zweiten Resonatorspiegel angeordnet ist, bei den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern eine verschiedene Dicke aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist der Laserresonator von zumindest einem der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser eine Abstandsschicht zur Einstellung der Längendifferenz auf. Insbesondere ist es möglich, dass bei der Herstellung der Halbleiterschichtenfolge von zumindest einem der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser zusätzlich die Abstandsschicht abgeschieden wird, durch deren Dicke die Längendifferenz der Laserresonatoren definiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung der Strahlungsquelle beträgt die Längendifferenz der Laserresonatoren der
mindestens zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlaser zwischen 0,1 nm und 6 nm. Auf diese Weise kann eine
vorteilhaft geringe Frequenzdifferenz zwischen den mindestens zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlasern eingestellt werden. Eine derart geringe Differenz der Resonatorlängen kann bei der epitaktischen Abscheidung der
Halbleiterschichtenfolgen der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser vorteilhaft mit hoher Genauigkeit eingestellt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Array der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser fest mit dem
Photomischer verbunden. Das Array der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser kann insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise mit einer Verbindungsschicht, fest mit dem Photomischer verbunden sein. Auf diese Weise wird eine kompakte Strahlungsquelle erzielt, die insbesondere kostensparend hergestellt werden kann. Das Array der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser kann beispielsweise mit einer KlebstoffSchicht mit dem Photomischer verbunden sein .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung der Strahlungsquelle ist der gemeinsame Träger der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser dem Photomischer zugewandt. Der gemeinsame Träger der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere das Aufwachssubstrat der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, beispielsweise ein GaAs-Substrat, sein. Bei einer bevorzugten Variante weist auch der Photomischer ein GaAs-Substrat auf. Das Substrat des Photomischers und der gemeinsame Träger der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser können vorteilhaft direkt miteinander verbunden sein, beispielsweise durch
Waferbonden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittieren die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser die Laserstrahlung durch den gemeinsamen Träger, beispielsweise durch das gemeinsame Aufwachssubstrat . In diesem Fall sind die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser sogenannte Bottom- Emitter. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Dicke des Trägers ein Abstand zwischen dem Array der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser und dem Photomischer erzeugt wird. Auf diese Weise kann eine gute Überlappung der Laserstrahlen auch dann erzielt werden, wenn das Array der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser direkt mit dem
Photomischer verbunden wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Terahertz-Strahlungsquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur 1B eine schematische Darstellung des emittierten
Spektrums der Terahertz-Strahlung bei einem
Ausführungsbeispiel mit genau zwei Laserlichtquellen, Figur 2A eine schematische Darstellung der Erzeugung von Terahertz-Strahlung aus der Laserstrahlung zweier
Laserlichtquellen,
Figur 2B eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf ein Beispiel des photoleitenden Halbleitermaterials und der
AntennenStruktur,
Figur 3A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Terahertz-Strahlungsquelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ,
Figur 3B eine schematische Darstellung des emittierten
Frequenzspektrums der Terahertz-Strahlung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ,
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Terahertz-Strahlungsquelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,
Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Terahertz-Strahlungsquelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Arrays von zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlasern gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der
dargestellten Elemente sowie die Größenverhältnisse der Elemente untereinander sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen .
In Figur 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel der
Strahlungsquelle 100 zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung 6 dargestellt. Die Strahlungsquelle 100 umfasst zwei
Laserlichtquellen, bei denen es sich um
oberflächenemittierende Halbleiterlaser 1, 2 handelt. Der erste oberflächenemittierende Halbleiterlaser 1 emittiert Laserstrahlung 11 mit einer ersten Frequenz f . Der weitere oberflächenemittierende Halbleiterlaser 2 emittiert
Laserstrahlung 12 mit einer zweiten Frequenz 2 · Bei dem
Ausführungsbeispiel weisen die oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser 1, 2 jeweils ein Strahlformungselement 7 auf, das zur Kollimation und/oder Fokussierung der emittierten Laserstrahlung 11, 12 vorgesehen ist.
Weiterhin weist die Strahlungsquelle 100 für Terahertz- Strahlung 6 einen Photomischer 5 auf, der dazu eingerichtet ist, die Laserstrahlung 11, 12 der Laserlichtquellen 1, 2 zu empfangen und Terahertz-Strahlung 6 abzustrahlen. Die
Terahertz-Strahlung 6 weist hierbei die Schwebungsfrequenz der Laserlichtquellen 1, 2 auf, welche gleich der
Differenzfrequenz 2 ~
Figure imgf000015_0001
der beiden Laserlichtquellen 1, 2 ist. Zur Erzeugung der Terahertz-Strahlung 6 weist der
Photomischer 5 ein photoleitendes Halbleitermaterial 51 und eine Antennenstruktur 52 auf. Die von den
oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 emittierte Laserstrahlung 11, 12 überlappt im Bereich des photoleitenden
Halbleitermaterials 51, sodass in dem photoleitenden
Halbleitermaterial 51 Ladungsträger mit der
Schwebungsfrequenz generiert werden. Das photoleitende
Halbleitermaterial 51 kann beispielsweise mit einer Bias- Spannung versehen werden und dazu insbesondere mit einer Elektrodenstruktur versehen werden. Es ist auch möglich, dass das photoleitende Halbleitermaterial 51 eine Photodiode ist.
Das photoleitende Halbleitermaterial 51 des Photomischers 5 ist mit einer Antennenstruktur 52 verbunden, die dazu
vorgesehen ist, Terahertz-Strahlung 6 mit der
Schwebungsfrequenz der Laserlichtquellen 1, 2 abzustrahlen. Das photoleitende Halbleitermaterial 51 des Photomischers kann beispielsweise GaAs sein. Die Antennenstruktur 52 ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet und kann in
strukturierter Form auf einen Grundkörper des Photomischers 5 aufgebracht oder in den Grundkörper eingebracht sein. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Antennenstruktur 52 an einer den Laserlichtquellen 1, 2 zugewandten Seite des Photomischers 5 angeordnet. An einer den Laserlichtquellen 1, 2 abgewandten Seite weist der Photomischer 5 bevorzugt eine Linse 60 auf, um eine Strahlformung der emittierten Terahertz-Strahlung 6 zu bewirken. Als Material für die Linse 60 ist Silizium besonders geeignet.
Die mindestens zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 sind bei der Strahlungsquelle 100 in einem ein- oder zweidimensionalen Array 8 auf einem gemeinsamen Träger 10 angeordnet. Die Anordnung der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser 1, 2 auf dem gemeinsamen Träger 10 hat insbesondere den Vorteil, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 über den gemeinsamen Träger thermisch aneinander gekoppelt sind. Temperaturschwankungen wirken sich deshalb vorteilhaft im Wesentlichen in gleicher Weise auf die beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 aus.
Dies hat den Vorteil, dass sich die Schwebungsfrequenz 2 ~ fi der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser im Wesentlichen nicht ändert, wenn sich die Betriebstemperatur ändert .
Weiterhin wird durch die Anordnung der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 in einem Array 8 auf einem gemeinsamen Träger 10 ein besonders kompakter Aufbau erzielt, der eine Miniaturisierung der Terahertz- Strahlungsquelle 100 ermöglicht.
Die Verwendung der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 in der Strahlungsquelle 100 ist besonders vorteilhaft, da sich oberflächenemittierende Halbleiterlaser 1, 2 im
Gegensatz zu herkömmlichen Laserdioden insbesondere durch eine geringe Temperaturdrift der Emissionswellenlänge auszeichnen. Dies beruht insbesondere darauf, dass die
Emissionswellenlänge von oberflächenemittierenden
Halbleiterlasern im Wesentlichen durch die Länge der Kavität zwischen dem oberen und dem unteren Resonatorspiegel
beeinflusst wird. Diese kann sich bei einer
Temperaturänderung aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex des Halbleitermaterials nur sehr geringfügig ändern. Anders als bei herkömmlichen LEDs oder Laserdioden beeinflusst die Temperaturabhängigkeit der Verstärkung in dem Lasermedium bei einem VCSEL die Emissionswellenlänge aber nicht signifikant.
Die Halbleiterschichtenfolgen der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 können beispielsweise auf einem
Arsenidhalbleitermaterial , auf einem
Phosphidhalbleitermaterial oder auf einem
Antimonidhalbleitermaterial basieren. Beispielsweise können die Halbleiterschichtenfolgen jeweils auf einem
Arsenidverbindungshalbleitermaterial basieren, wobei die Emissionswellenlängen der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 840 nm und 950 nm liegen können. Alternativ ist es
beispielsweise möglich, dass die Halbleiterschichtenfolgen der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser jeweils
Indiumphosphid enthalten und die Emissionswellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 1300 nm und 1600 nm liegen. Die Differenz der Wellenlängen zwischen dem ersten
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1 und dem zweiten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 2 beträgt
beispielsweise zwischen 1 nm und 10 nm.
Figur 1B zeigt beispielhaft ein mögliches Frequenzspektrum der Strahlungsquelle 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A. Wenn die Strahlungsquelle 100 nur zwei
oberflächenemittierende Halbleiterlaser 1, 2 aufweist, wird Terahertz-Strahlung 6 mit einer Intensität I bei einer einzigen Frequenz f abgestrahlt, die beispielsweise etwa 400 GHz betragen kann. Diese Frequenz f entspricht der
Schwebungsfrequenz, das heißt der Differenzfrequenz der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2, wenn der Wellenlängenabstand der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 etwa 1 nm beträgt. Die Frequenz der Terahertz-Strahlung kann im Allgemeinen je nach
Frequenzdifferenz der beiden oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser zwischen etwa 0,1 THz und 30 THz liegen.
In Figur 2A ist schematisch die Erzeugung von Terahertz- Strahlung 6 mittels des Photomischers 5 dargestellt. Auf den Photomischer 5 treffen die Laserstrahlung 11 des ersten oberflächenemittierenden Halbleiterlasers und die
Laserstrahlung 12 des zweiten oberflächenemittierenden
Halbleiterlasers auf und überlappen im Bereich des photoleitenden Halbleitermaterials 51. In dem photoleitenden Halbleitermaterial 51 werden Ladungsträger mit der
Schwebungsfrequenz der Laserstrahlen 11, 12 bewegt. Hierbei ist das photoleitende Halbleitermaterial 51 mit einer
Antennenstruktur 52 verbunden, welche Terahertz-Strahlung 6 mit der Schwebungsfrequenz abstrahlt. Zur Strahlformung der Terahertz-Strahlung 6 ist ein Linsenelement 60 an dem
Photomischer 5 angebracht, wobei das Linsenelement 60 vorzugsweise Silizium aufweist.
In Figur 2B ist eine vergrößerte Darstellung des
photoleitenden Halbleitermaterials 51 und der
Antennenstruktur 52 gezeigt. Das photoleitende
Halbleitermaterial 51 kann beispielsweise mit einer
Elektrodenstruktur 53 versehen sein, die insbesondere
mäanderförmig über das Halbleitermaterial geführt sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Bias-Spannung an das photoleitende Halbleitermaterial 51 angelegt werden. Als photoleitendes Halbleitermaterial 51 kann beispielsweise auch eine Photodiode dienen. Die an das photoleitende
Halbleitermaterial 51 angeschlossene Antennenstruktur 52 kann beispielsweise eine spiralförmig ausgebildete Metallisierung sein .
In Figur 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Terahertz-Strahlungsquelle 100 dargestellt. Dieses
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1A dadurch, dass die
Strahlungsquelle 100 mehr als zwei oberflächenemittierende Halbleiterlaser aufweist. Beispielsweise kann die
Strahlungsquelle 100 vier oberflächenemittierende
Halbleiterlaser 1, 2, 3, 4 aufweisen, die beispielsweise in einem eindimensionalen linearen Array angeordnet sind. Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2, 3, 4 weisen vorzugsweise jeweils eine Strahlformungsoptik 7 auf, die dazu eingerichtet ist, die emittierten Laserstrahlen 11, 12, 13,
14 im Bereich des photoleitenden Halbleitermaterials 51 des Photomischers 5 zum Überlappen zu bringen.
Anstatt in einem eindimensionalen Array könnten die mehreren oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2, 3, 4 auch in einem zweidimensionalen Array angeordnet werden. Die
Verwendung einer Vielzahl von oberflächenemittierenden
Halbleiterlasern 1, 2, 3, 4 hat insbesondere den Vorteil, dass im Bereich des photoleitenden Halbleitermaterials 51 eine hohe Strahlungsintensität erzielt wird, so dass
besonders effektiv Terahertz-Strahlung 6 erzeugt wird.
Figur 3B zeigt ein mögliches Frequenzspektrum der
Strahlungsquelle 100 für den Fall, dass die
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2, 3, 4 mehrere verschiedene Frequenzen aufweisen. In diesem Fall ergeben sich mehrere Schwebungsfrequenzen der Laserstrahlen 11, 12,
13, 14, so dass Terahertz-Strahlung mit einer Intensität I bei mehreren verschiedenen Frequenzen f abgestrahlt wird. Das Frequenzspektrum der Terahertz-Strahlungsquelle 100 ist deshalb aus mehreren diskreten Terahertz-Frequenzen
zusammengesetzt. Die mehreren Oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser können beispielsweise verschiedene
Wellenlängen aufweisen, die zum Beispiel im
Wellenlängenbereich von 849 nm bis 851 nm verteilt sind.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Strahlungsquelle 100 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1A dadurch, dass das Array 8 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 direkt mit dem Photomischer 5 verbunden ist. Das Array 8 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 kann beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht 9, insbesondere einer KlebstoffSchicht, mit dem Photomischer 5 verbunden sein. Alternativ wäre es auch möglich, das Array 8 durch Waferbonden mit dem Photomischer 5 zu verbinden. Durch das direkte Verbinden des Arrays 8 der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 mit dem
Photomischer wird eine besonders kompakte Strahlungsquelle 100 erzielt, die zudem besonders justierstabil ist. Um eine ausreichende Überlappung der Laserstrahlen 11, 12 im Bereich des photoleitenden Halbleitermaterials 51 des Photomischers 5 zu erzielen, ist es möglich, einen Abstandshalter (nicht dargestellt) zwischen dem Array 8 der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 und dem
Photomischer 5 anzuordnen.
Weiterhin ist es möglich, wie in Figur 4 zu sehen, das photoleitende Halbleitermaterial 51 und die Antennenstruktur 52 auf einer von dem Array 8 abgewandten Seite des
Photomischers 5 anzuordnen, um den Abstand zwischen den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 und dem photoleitenden Halbleitermaterial 51 gezielt einzustellen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn ein Grundkörper des Photomischers 5, beispielsweise ein Galliumarsenid-Substrat, transparent für die von den oberflächenemittierenden
Halbleiterlasern 1, 2 emittierte Strahlung ist.
Galliumarsenid ist insbesondere für Wellenlängen von mehr als etwa 905 nm transparent. Es ist beispielsweise möglich, dass die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 eine
Wellenlänge von mehr als 905 nm, zum Beispiel im Bereich von etwa 950 nm, aufweisen, und das Substrat des Photomischers 5 durchstrahlen . In Figur 5 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Strahlungsquelle 100 dargestellt, bei der das Array 8 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 direkt mit dem Photomischer 5 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 auf einer vom Photomischer 5 abgewandten Seite des gemeinsamen Trägers 10 angeordnet. Der gemeinsame Träger 10 der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 ist bei dieser Ausgestaltung transparent für die von den
oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 emittierte Laserstrahlung 11, 12. Der gemeinsame Träger 10 kann
beispielsweise ein GaAs-Substrat sein, das für die emittierte Laserstrahlung 11, 12 transparent ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Emissionswellenlängen der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 mehr als 905 nm betragen. Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 sind mit anderen Worten so genannte Bottom-Emitter, die durch das Aufwachssubstrat 10 die Laserstrahlung 11, 12, in
Richtung des Photomischers 5 emittieren.
Durch das als gemeinsamer Träger 10 fungierende
Aufwachssubstrat kann insbesondere ein Abstand zwischen den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 und dem photoleitenden Halbleitermaterial 51 des Photomischers 5 hergestellt werden. Es ist somit insbesondere möglich, dass das photoleitende Halbleitermaterial 51 und die
Antennenstruktur 52 des Photomischers an der dem Array 8 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 zugewandten Seite angeordnet sind. Anders als bei dem vorherigen
Ausführungsbeispiel ist das Array 8 der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht mittels einer Verbindungsschicht, sondern unmittelbar durch Waferbonden mit dem Photomischer 5 verbunden .
Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Array 8 von zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2, das in der Strahlungsquelle 100 eingesetzt werden kann. Die beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 sind auf einem gemeinsamen Träger 10 angeordnet, bei dem es sich insbesondere um ein gemeinsames Aufwachssubstrat handeln kann. Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 weisen jeweils einen ersten Resonatorspiegel 21 und einen zweiten Resonatorspiegel 22 auf. Der erste Resonatorspiegel 21 und/oder der zweite Resonatorspiegel 22 können
insbesondere als DBR-Spiegel ausgeführt sein. DBR-Spiegel weisen eine Vielzahl von periodisch angeordneten Schichten auf, die sich in ihrem Brechungsindex voneinander
unterscheiden .
Zwischen den Resonatorspiegeln 21, 22 der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 ist jeweils eine Halbleiterschichtenfolge 20 angeordnet, die insbesondere die aktive Schicht der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser 1, 2 enthält. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als
Einfach-QuantentopfStruktur oder Mehrfach-QuantentopfStruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung QuantentopfStruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch
Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer
Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die
Bezeichnung QuantentopfStruktur keine Angabe über die
Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Zur Einstellung einer Frequenzdifferenz zwischen der von dem ersten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1 emittierten Laserstrahlung 11 und der von dem zweiten
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 2 emittierten
Laserstrahlung 12 weisen die Laserresonatoren der beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 eine
Längendifferenz auf. Beispielsweise ist bei dem ersten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1 eine
Halbleiterschichtenfolge 20 mit einer Gesamtdicke d zwischen dem ersten Resonatorspiegel 21 und dem zweiten
Resonatorspiegel 22 angeordnet. Bei dem zweiten
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 2 ist zwischen dem ersten Resonatorspiegel 21 und dem zweiten Resonatorspiegel 22 zusätzlich zu der Halbleiterschichtenfolge 20 mit der Dicke d eine Abstandsschicht 23 mit einer Dicke Ad
angeordnet .
Die ersten Resonatorspiegel 21 und die
Halbleiterschichtenfolgen 20 können beispielsweise bei beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 gleichzeitig auf dem gemeinsamen Aufwachssubstrat 10 aufgewachsen werden. Beim Aufwachsen der Abstandsschicht 23 auf den zweiten oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 2 kann die
Halbleiterschichtenfolge 20 des ersten
oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 1 beispielsweise maskiert werden. Nachfolgend werden dann beispielsweise die beiden zweiten Resonatorspiegel 22 wiederum gleichzeitig auf die beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 aufgewachsen .
Bei einer alternativen Ausgestaltung des
Herstellungsverfahrens wäre es auch möglich, zunächst beide Halbleiterschichtenfolgen 20 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 mit der Dicke d + Ad herzustellen, und nachfolgend die Dicke der Halbleiterschichtenfolge 20 des ersten oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 1 um die Dickendifferenz Ad zu reduzieren, beispielsweise mit einem materialabtragenden Verfahren wie zum Beispiel einem
Ätzprozess .
Die Emissionswellenlänge der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser beträgt im Allgemeinen l = 2L · n/q. Hierbei ist L die Länge des Laserresonators, q eine ganze Zahl, welche die Anzahl der Schwingungen in dem Laserresonator angibt, und n der Brechungsindex in dem Laserresonator, insbesondere der Brechungsindex des Halbleitermaterials. Die Längendifferenz Ad der beiden Laserresonatoren kann
beispielsweise zwischen 0,1 nm und 6 nm betragen. Für eine Wellenlängendifferenz von zum Beispiel 1 nm beträgt die
Längendifferenz Ad beispielsweise 1/6 nm (für n = 3 und q =
2) .
Die Anordnung der beiden oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser auf dem gemeinsamen Träger 10 hat den
Vorteil, dass die beiden oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser nahe beisammen angeordnet sind und deshalb ein gleiches thermisches Verhalten aufweisen. Dadurch bleibt der Wellenlängenabstand zwischen den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 1, 2 beim Betrieb vorteilhaft näherungsweise konstant .
Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 sind vorzugsweise Single-Mode-Laser, welche vorzugsweise die gleiche Polarisation aufweisen. Die mindestens zwei
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 1, 2 können zur Erzielung der gleichen Polarisation beispielsweise eine elliptische Strahlapertur aufweisen, welche bei beiden oberflächenemittierenden Halbleiterlasern gleich orientiert ist. Es ist möglich, dass die oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser jeweils ein Strahlformungselement 7 auf der Apertur aufweisen, um die emittierte Laserstrahlung 11, 12 zu fokussieren oder zu kollimieren.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 oberflächenemittierender Halbleiterlaser
2 oberflächenemittierender Halbleiterlaser
3 oberflächenemittierender Halbleiterlaser
4 oberflächenemittierender Halbleiterlaser
5 Photomischer
6 Terahertz-Strahlung
7 Strahlformungselement
8 Array
10 Träger
11 Laserstrahlung
12 Laserstrahlung
13 Laserstrahlung
14 Laserstrahlung
20 Halbleiterschichtenfolge
21 erster Resonatorspiegel
22 zweiter Resonatorspiegel
23 Abstandsschicht
51 photoleitendes Halbleitermaterial
52 Antennenstruktur
53 Elektrodenstruktur
100 Terahertz-Strahlungsquelle

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung
(6) ,
umfassend
- mindestens zwei Laserlichtquellen, die Laserstrahlung
(11, 12) verschiedener Frequenzen emittieren, und
- einen Photomischer (5) , der ein photoleitendes
Halbleitermaterial (51) und eine Antennenstruktur (52) aufweist, wobei der Photomischer (5) dazu eingerichtet ist, die Laserstrahlung (11, 12) der Laserlichtquellen
(1, 2) zu empfangen und Terahertz-Strahlung (6) mit mindestens einer Schwebungsfrequenz der
Laserlichtquellen abzustrahlen,
wobei die mindestens zwei Laserlichtquellen
oberflächenemittierende Halbleiterlaser (1, 2) sind, die in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Array auf einem gemeinsamen Träger (10) angeordnet sind.
2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1,
wobei der gemeinsame Träger (10) ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser (1, 2) aufgewachsen sind.
3. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der gemeinsame Träger (10) ein GaAs-Substrat ist.
4. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1,
2) auf einem Arsenidverbindungshalbleiter, einem
Phosphidverbindungshalbleiter oder einem Antimonidverbindungshalbleiter basieren .
5. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1,
2) Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich zwischen 840 nm und 1600 nm aufweisen.
6. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Anzahl der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser (1, 2) in der Strahlungsquelle (100) genau zwei beträgt und die Strahlungsquelle (100)
Terahertz-Strahlung (6) einer einzigen Frequenz
abstrahlt .
7. Strahlungsquelle einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Anzahl der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser (1, 2, 3, 4) in der Strahlungsquelle (100) mindestens drei beträgt und die Strahlungsquelle (100) Terahertz-Strahlung (6) verschiedener Frequenzen abstrahlt .
8. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Terahertz-Strahlung (6) eine Frequenz oder mehrere Frequenzen im Frequenzbereich zwischen 0,1 THz und 30 THz aufweist.
9. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1,
2) jeweils ein Strahlformungselement (7) aufweisen, das auf dem ein- oder zweidimensionalen Array (8) integriert ist .
10. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1,
2) jeweils einen durch einen ersten Resonatorspiegel (21) und einen zweiten Resonatorspiegel (22) gebildeten Laserresonator aufweisen, und wobei die Laserresonatoren zur Einstellung der Schwebungsfrequenz der emittierten Laserstrahlung (11, 12) eine Längendifferenz aufweisen.
11. Strahlungsquelle nach Anspruch 10,
wobei der Laserresonator von zumindest einem der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1, 2) eine Abstandsschicht (23) zur Einstellung der Längendifferenz aufweist .
12. Strahlungsquelle nach Anspruch 10 oder 11,
wobei die Längendifferenz der Laserresonatoren der mindestens zwei oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1, 2) zwischen 0,1 nm und 6 nm beträgt.
13. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Array (8) der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaser (1, 2) fest mit dem Photomischer (5) verbunden ist.
14. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der gemeinsame Träger (10) der
oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1, 2) dem Photomischer (5) zugewandt ist.
15. Strahlungsquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser (1,
2) die Laserstrahlung (11, 12) durch den gemeinsamen
Träger (10) emittieren.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017129173A1 (de) * 2017-12-07 2019-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung
DE102019135487A1 (de) * 2019-12-20 2021-06-24 Helmut Fischer GmbH Institut für Elektronik und Messtechnik Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Terahertz-Strahlung und Verwendung hiervon
CN113092072B (zh) * 2021-03-01 2022-06-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种单模太赫兹量子级联激光器调谐特性表征装置
DE102022127877A1 (de) * 2022-10-21 2024-05-02 Ams-Osram International Gmbh Oszillatorschaltung und verfahren

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122417A (en) * 1996-10-04 2000-09-19 W. L. Gore & Associates, Inc. WDM Multiplexer-Demultiplexer using fabry-perot filter array
US20020097771A1 (en) * 2000-12-06 2002-07-25 Wen-Yen Hwang Modified distributed bragg reflector (DBR) for vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) resonant wavelength tuning sensitivity control
DE102008021791A1 (de) * 2008-04-30 2009-11-26 ARIZONA BOARD OF REGENTS, on behalf of THE UNIVERSITY OF ARIZONA, Tucson Laserbasierte Quelle für Terahertz- und Millimeterwellen
US20100158056A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor laser device
US20140197425A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Wide area array type photonic crystal photomixer for generating and detecting broadband terahertz wave
US20140354366A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element and atomic oscillator
US20170256913A1 (en) * 2014-09-15 2017-09-07 Universite De Montpellier DUAL-FREQUENCY VERTICAL-EXTERNAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASER DEVICE FOR THz GENERATION AND METHOD FOR GENERATING THz

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2854504A1 (fr) * 2003-04-30 2004-11-05 Thales Sa Source d'emission terahertz et systeme optique comprenant une telle source
US9029775B2 (en) * 2008-05-19 2015-05-12 Joseph R. Demers Terahertz frequency domain spectrometer with phase modulation of source laser beam
US8320423B2 (en) * 2010-08-24 2012-11-27 Alvin Gabriel Stern Compact, all solid-state, avalanche photodiode emitter-detector pixel with electronically selectable, passive or active detection mode, for large-scale, high resolution, imaging focal plane arrays
KR20130073450A (ko) * 2011-12-23 2013-07-03 한국전자통신연구원 테라헤르츠파 생성기 및 테라헤르츠파 생성 방법
KR101700779B1 (ko) * 2012-09-21 2017-01-31 한국전자통신연구원 포토믹서 및 그의 제조방법
JP6743436B2 (ja) * 2016-03-17 2020-08-19 株式会社リコー 面発光レーザアレイ、及びレーザ装置
DE102017129173A1 (de) * 2017-12-07 2019-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsquelle zur Emission von Terahertz-Strahlung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122417A (en) * 1996-10-04 2000-09-19 W. L. Gore & Associates, Inc. WDM Multiplexer-Demultiplexer using fabry-perot filter array
US20020097771A1 (en) * 2000-12-06 2002-07-25 Wen-Yen Hwang Modified distributed bragg reflector (DBR) for vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) resonant wavelength tuning sensitivity control
DE102008021791A1 (de) * 2008-04-30 2009-11-26 ARIZONA BOARD OF REGENTS, on behalf of THE UNIVERSITY OF ARIZONA, Tucson Laserbasierte Quelle für Terahertz- und Millimeterwellen
US20100158056A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor laser device
US20140197425A1 (en) * 2013-01-15 2014-07-17 Electronics And Telecommunications Research Institute Wide area array type photonic crystal photomixer for generating and detecting broadband terahertz wave
US20140354366A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Ricoh Company, Ltd. Surface emitting laser element and atomic oscillator
US20170256913A1 (en) * 2014-09-15 2017-09-07 Universite De Montpellier DUAL-FREQUENCY VERTICAL-EXTERNAL-CAVITY SURFACE-EMITTING LASER DEVICE FOR THz GENERATION AND METHOD FOR GENERATING THz

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRUCKSCHRIFT E. F. PLINSKI: "Terahertz Photomixer", BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES: TECHNICAL SCIENCES, vol. 58, no. 4, 2010, pages 463 - 470
E.F. PLINSKI: "Terahertz photomixer", BULLETIN OF THE POLISH ACEDEMY OF SCIENCES :TECHNICAL SCIENCES, vol. 58, no. 4, 1 January 2010 (2010-01-01), pages 463 - 470, XP002789287 *
TAO WANG ET AL: "Tri-channel single-mode terahertz quantum cascade laser", OPTICS LETTERS, OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, US, vol. 39, no. 23, 1 December 2014 (2014-12-01), pages 6612 - 6615, XP001592840, ISSN: 0146-9592, [retrieved on 20141119], DOI: 10.1364/OL.39.006612 *

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