CW テラヘルツ波発生

周波数領域テラヘルツ発生

連続波（cw）テラヘルツ放射は広帯域特性を持った半導体において光ヘテロダイン法を用いて得ることが可能です。2つのcwレーザーの出力は正確に双方のレーザーの周波数差でテラヘルツ波に変換されます。

ここで中心となるコンポーネントは「フォトミキサー」と呼ばれる微視的な金属 - 半導体 - 金属構造を持ったデバイスです。近赤外レーザー光はこの構造を2つの隣接する周波数を持って照射されます。金属電極にバイアス電圧を印加するとビート周波数で振動する光電流が発生することでフォトミキサーを囲むアンテナはテラヘルツ差周波数の電磁波を放射します。この手法の特徴的な優位点として高分解能、スペクトル選択性、および優れたダイナミックレンジが上げられます。

Frequency-domain terahertz spectrum (dynamic range of terahertz power), measured with TOPTICA’s TeraScan 1550 (+ Tuning Range Extension 2.0).

最先端のフォトミキサーはGaAsまたはInGaAs/InP構造のいずれかに基づいて設計されており半導体のバンドギャップよりも短い（すなわちそれぞれ約0.8μｍまたは1.5μｍの）レーザー波長を必要とします。 トプティカ社のTeraScanシステムは、正確に波長チューニングが可能な半導体レーザー、デジタル制御電子機器、そして最新のGaAsまたはInGaAsフォトミキサー技術を組み合わせて構成されています。

レーザー部には分布帰還型（DFB）半導体レーザーを含みます。これらの半導体レーザーは半導体の活性層内にグレーティング構造を含みレーザ発振を選択性を持った単一の縦モードに限定します。グレーテイング格子ピッチの温度を用いた調整は非常に広い連続周波数チューニング（典型的には> 1000 GHz / diode）を可能とします。適切な波長オフセットを有する2つのDFB半導体レーザーを選択することにより0から2 THzの広範なテラヘルツ差分周波数を連続的にチューニングすることが可能です。