太赫兹半导体激光器的毫米波光子学

从高度稳定的激光器产生毫米波(30–300 GHz)的能力有望成为实现频谱纯净、低相位噪声和微波信号的关键方法，这些信号是高频通信中本地振荡器的目标。光学频率梳的出现虽使微波光子学领域发生了革命性的变化，例如，高稳定模式的跳动可以产生低噪声和高纯度的微波辐射，然而，这些方法中的大多数使用在电磁波谱的可见光或近红外部分工作的激光，导致产生的激光光子能量和微波光子能量(量子缺陷)之间的光子能量相差几个数量级。这固有地限制了系统的效率。基于光学频率梳的微波光子系统通常用于非集成方法，其中光学激光器与快速光混合器或非线性晶体分离。虽然一系列电子方法可用于直接或通过上转换毫米波辐射，但这些源通常存在高相位噪声，因此不如基于光子的源光谱纯净。小型化太赫兹(THz)量子级联激光器(QCLs)在这方面具有固有的优势:它们的低能光子、超快增益弛豫和高非线性开辟了在单个器件中创新地集成激光作用和毫米波产生的可能性。

       近日，来自法国巴黎大学、索邦大学和巴黎高等师范学院物理实验室的Valentino Pistore和Hanond Nong等人展示了他们在25 GHz至500 GHz的前所未有的范围内，在THz QCLs中产生腔内毫米波。通过超快时间分辨技术，他们强调了模式相位的重要性，并且该过程是与太赫兹波和毫米波发射之间的相位匹配过程相结合的巨大二阶非线性的结果。重要的是，这项工作开辟了使用锁模太赫兹频率梳产生紧凑、低噪声毫米波的可能性。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

      文章链接：Valentino Pistore, Hanond Nong et al. Millimeter wave photonics with terahertz semiconductor lasers. Nature Communications (2021) 12:1427   https://doi.org/10.1038/s41467-021-21659-6