1-5 THz lāzera frekvences diapazonā THz QCL ir visefektīvākais elektriski sūknējamais pusvadītāju THz starojuma avots, kam ir kompaktas struktūras, vieglas integrācijas, lielas izejas jaudas un augstas konversijas efektivitātes priekšrocības. Viens no optoelektronikas un lāzerfizikas galvenajiem mērķiem ir realizēt vienmoda kvantu kaskādes lāzerus ar lielu jaudu un augstu staru kūļa kvalitāti. Tomēr tradicionālajiem lieljaudas kvantu kaskādes lāzeriem neizbēgami būs vairāku režīmu rezonanse, palielinoties ierīces izmēram, kā rezultātā rodas tādas problēmas kā slikta stara kvalitāte un samazināts lāzera spilgtums. Tāpēc ir ļoti svarīgi izstrādāt dizaina ideju un tehnisko risinājumu, lai uzlabotu elektriski sūknējamo kvantu kaskādes lāzeru izejas jaudu un staru kūļa kvalitāti.
Nesen Quanyong Lu pētnieku grupa no Pekinas Kvantu informācijas zinātnes institūta (turpmāk tekstā — QIIS) un Fenqi Liu komanda no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Pusvadītāju institūta ir guvuši jaunus panākumus augstas kvalitātes tehnoloģiju izpētē un attīstībā. spilgtuma elektriski sūknējamie terahercu kvantu kaskādes lāzeri. Pētnieku grupa inovatīvi ieviesa virsmas metāla fāzu inženierijas fotonisko kristālu (SM-PEPC) dobuma dizainu, izmantojot vadāmu hermītu un nehermītu savienojumu starp PEPC dobumu un aktīvo reģionu, lai nomāktu augstas pakāpes režīmu svārstības, un precīzi kontrolētu dobuma režīma un joslas malas režīma zudums, pielāgojot fāzes attiecības un formas attiecības starp PC režģa primitīviem. Ja ierīces izmērs ir ievērojami palielināts (~ 1,6 mm × 1,6 mm), viena režīma un viena THz punkta izvade joprojām ir iespējama, padarot iespējamu augsta spilgtuma THz lāzera izvadi.
Jaunā terahercu kvantu kaskādes virsmas izstarojošā lāzera vienmoda izejas maksimālā jauda ir lielāka par 185 mW 3,88 THz joslā, un staru kūļa novirzes leņķis ir tikai 4,4 grādi × 4,4 grādi. Neizmantojot optiskās lēcas, staru M2 koeficienti vertikālā un sānu virzienā sasniedz gandrīz difrakcijas robežu 1,4, un spilgtums (proporcionāls izejas jaudai un staru kūļa kvalitātei) sasniedz 1,6 × 107 W sr{15. }}m-2, kas ir vairākas reizes lielāks par pašreizējo objektīvu koriģēto DFB-THz QCL.
Šīs režģa vienības fāzes inženierijas dizains var sasniegt stabilu un augstu spilgtuma virsmas emisiju liela laukuma ierīcēs, padarot to par ideālu gaismas nosūcēju liela laukuma THz QCL. Šis pētījums paver ceļu augsta spilgtuma terahercu lāzeru realizācijai. Tiek uzskatīts, ka tuvākajā nākotnē ir paredzēts, ka šis jaunais augstas veiktspējas terahercu kvantu kaskādes lāzera veids izstrādās jaunus lietojumus zāļu testēšanā, rūpnieciskajā inženierijā, kosmosa novērošanā utt.