Alejándose de los enfoques de modelado estándar, un equipo de investigadores dirigido por los profesores Giacomo Scalari y Jerome Faist en el Departamento de Física de ETH Zurich, y el profesor Christian Jirauschek de la Universidad Técnica de Munich, creó un láser semiconductor monolítico modelado con una velocidad de repetición continua y ampliamente sintonizable de 4 a 16 GHz. Y, curiosamente, su enfoque debería funcionar para otros láseres semiconductores y longitudes de onda de emisión de láser.
Para lograrlo, los investigadores utilizaron un láser de cascada cuántica (QCL) de terahercios (THz) para producir peines de frecuencia coherentes. Si bien es bien sabido que los QCL de THz se pueden utilizar para generar peines, el reciente desarrollo por parte del equipo de QCL de THz planarizados con propiedades de microondas mejoradas los animó a explorar la fuerte modulación de la cavidad del láser utilizando microondas externas-y descubrieron varios regímenes novedosos de funcionamiento del láser semiconductor.
"Nuestro dispositivo se basa en un QCL de THz planarizado. El material de su región activa consiste en una superred de arseniuro de galio (GaAs)/arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs), oblea-unida a un sustrato portador de GaAs", explica Urban Senica, quien en ese momento era Ph.D. estudiante en ETH Zurich pero ahora es becario postdoctoral en el Laboratorio de Óptica a Nanoescala de la Universidad de Harvard. "Mediante el uso de fotolitografía y grabado en seco, se define una guía de ondas de cresta activa y posteriormente se planariza con el polímero de baja-pérdida benzociclobuteno (BCB). Una guía de ondas se intercala verticalmente entre dos capas de metalización extendidas, que confinan los modos óptico y de microondas y actúan como contactos eléctricos para polarizar el dispositivo láser".
Para lograrlo, los investigadores utilizaron un láser de cascada cuántica (QCL) de terahercios (THz) para producir peines de frecuencia coherentes. Si bien es bien sabido que los QCL de THz se pueden utilizar para generar peines, el reciente desarrollo por parte del equipo de QCL de THz planarizados con propiedades de microondas mejoradas los animó a explorar la fuerte modulación de la cavidad del láser utilizando microondas externas-y descubrieron varios regímenes novedosos de funcionamiento del láser semiconductor.
"Nuestro dispositivo se basa en un QCL de THz planarizado. El material de su región activa consiste en una superred de arseniuro de galio (GaAs)/arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs), oblea-unida a un sustrato portador de GaAs", explica Urban Senica, quien en ese momento era Ph.D. estudiante en ETH Zurich pero ahora es becario postdoctoral en el Laboratorio de Óptica a Nanoescala de la Universidad de Harvard. "Mediante el uso de fotolitografía y grabado en seco, se define una guía de ondas de cresta activa y posteriormente se planariza con el polímero de baja-pérdida benzociclobuteno (BCB). Una guía de ondas se intercala verticalmente entre dos capas de metalización extendidas, que confinan los modos óptico y de microondas y actúan como contactos eléctricos para polarizar el dispositivo láser".
Aplicaciones de comunicaciones, espectroscopia y detección en el futuro
Gracias a sus láseres modelo sincronizados de forma continua y ampliamente sintonizable, existen muchas aplicaciones potenciales para comunicaciones, espectroscopia y detección. "Para el dominio del tiempo, el tren de impulsos coherente se puede sincronizar con una señal de microondas externa arbitraria o con una línea de retardo sintonizable", afirma Senica. "Para el dominio de la frecuencia, el espaciado de modos sintonizables dentro del peine de frecuencias puede cerrar cualquier brecha espectral".
De hecho, Senica y sus colegas ya demostraron un experimento de espectroscopía de absorción que requería solo un detector de intensidad simple-en lugar de un instrumento espectrómetro del tamaño de una mesa-.
"Creemos que nuestro enfoque también será relativamente sencillo de implementar con otros tipos de láseres semiconductores en las regiones infrarroja y visible del espectro electromagnético y allanará el camino para una amplia variedad de aplicaciones", afirma Senica. "Un aspecto importante será la optimización de las propiedades de las microondas, así como el embalaje avanzado de estos dispositivos".
