دانلود ترجمه مقاله پیشرفتهای اخیر در لیزر آبشار کوانتومی تراهرتز – مجله IEEE

فهرست مطالب:

چکیده
۱٫ مقدمه
۲٫ منطقه فعال QCL تراهرتز
۳٫ موجبرهای فلز- فلز برای QCL های تراهرتز
الف- QCL های تراهرتز ساتع کننده سطحی تک مد
ب- QCL های تراهرتز تنظیم شدنی

بخشی از ترجمه:

 مقدمه

منطقه تراهرتز طیف الکترومغناطیسی ۰٫۵-۱۰ ۶۰۰-۳۰  تا حد زیادی به خاطرفقدان تکنیک های مناسب برای تولید تابش پرفشار همدوس به صورت توسعه نیافته باقی مانده است.بسیاری از مولکولها و جامدات دارای آثار طیفی قوی و متمایزی در فرکانس های تراهرتز می باشند، که فناوری تراهرتز را به عنصری مهم برای برنامه های تجاری و علوم وابسته به اسپکتروسکوپی (طیف نمایی) و تصویربرداری تبدیل می کند. برخی از کاربردهای مهم بالقوه عبارتنداز: سنجش از راه دور جو زمین، و اخترشناسی برای درک و فهم نحوه شکل گیری و تشکیل سیارات، ستاره ها و کهکشانها. علت این امر آن است که انتقالات و گذارهای نوری تراهرتز به خاطر انرژیهای کمشان به راحتی از لحاظ حرارتی برانگیخته شده و بدین طریق است که آنها به عنصری ایده آل بر طیف نمایی گسیل غیر فعال تبدیل می شوند. برای کاربردهای تصویربرداری، تابش تراهرتز ابزاری مفید برای آشکارسازی سلاح ها، داروها و مواد منفجره به شمار می رود، زیرا مواد زیادی مثل کاغذ، پلاستیک و سرامیک که برای رنج قابل مشاهده، تیره و مات هستند، در طول موج های بلندتر، قابل انتقال می باشند. در مقایسه با میکروویوها، تابش تراهرتز به خاطر طول موج کوتاهترش دارای رزولاسیون فضایی بهتری می باشد. در مقایسه با تصویربرداری با اشعه های X پرانرژی، تصویربرداری تراهرتز غیر تهاجمی بوده و قادر به عرضه کنتراست بسیار بهتری از لحاظ شناسایی مواد مختلف می باشد، علت این امر ضرایب جذب و شکست در طیف تراهرتز می باشد. به دلایل مشابه، تصویربرداری تراهرتز در بیولوژی(زیست شناسی) و پزشکی ، در بخشهای متنوعی مثل پژوهش و تحقیقات سرطان، سنجش DNA بدون برچسب و ارزیابی غیر مخرب محصولات دارویی کاربردهای بالقوه ای دارد. کلیه کاربردهای فوق الذکر از منابع همدوس پرتوان فشرده ( دهها میلی وات) تابع برای تصویربرداری واقعی و سنجش با آشکارسازهای آرایه فعال در دمای اتاق بهره می برند. فعالیتهای پژوهشی زیادی از لحاظ توسعه تکنولوژی برای گسترش رشته علم تراهرتز انجام گرفته است که از میان آنها ظهور QCL از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. QCL های تراهرتز تنها منابع تراهرتز حالت جامدی هستند که می توانند میانگین سطوح توان نوری بیشتر از حد میلی وات عرضه نمایند که برای کاربردهای تصویربرداری لازم و ضروری می باشد و همچنین عملیات موج پیوسته (CW) برای ثبات و پایداری فرکانس که در تکنیک های طیف نمایی با رزولاسیون بالا مطلوب می باشد. QCL های تراهرتز از زمان اولین نمایش در سال ۲۰۰۲ با پوشش فرکانس از ۲٫ ۱ تا ۵ تراهرتز شاهد توسعه سریعی بوده اند ( زمانی که بدون کمک یک میدان مغناطیسی خارجی به راه می افتد). انواع و اقسام طرح های منطقه فعال منتشر شده است. اگرچه نمایش اولیه QCL های تراهرتز با کمک طرح موجبری تک پلاسمونی انجام شد، اما توسعه موجبرهای فلز- فلز دو پلاسمونی منجر به دماهای عملیاتی بالاتر در عملیات CW (117K) و پالسی (۱۸۶K) گردیده است. به خاطر ابعاد زیرطول موج روزنه ساتع کننده در موجبرهای فلز- فلز، گسیل آنها با الگوهای پرتو واگرا و توان های خروجی پائین مشخص شده است؛ اما اخیراً نشان داده شده که تکنیک های بازخورد توزیع شده منحصر به فرد(DFB) به عملیات تک مد با الگوهای پرتو باریک می رسند. شکل ۱ برخی از پیشرفتهای مهم در QCL های تراهرتز را در دوره نسبتاً کوتاه ۸ سال جمع بندی می کند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

THE TERAHERTZ region of the electromagnetic spectrum(ν ∼ ۰٫۵–۱۰ THz, λ ∼ ۶۰۰–۳۰ μm, ¯hω ∼۲–۴۰ meV) hasremained underdeveloped in large part due to lack of suitabletechniques to generate coherent high-power radiation. Manymolecules and solids have strong and distinct spectral signaturesat terahertz frequencies, which makes terahertz technologyimportant for both science and commercial applications relatedto spectroscopy and imaging [1]. Some potentially importantapplications include remote sensing of earth’s atmosphere, andin astronomy to understand the formation of planets, stars, andgalaxies [2]. This is because terahertz optical transitions are readily thermally excited due to their low energies making themideal for passive emission spectroscopy. For imaging applications[3], terahertz radiation is useful for security-related detectionof weapons, drugs, and explosives, since many materialssuch as paper, plastics, and ceramics, which are opaque to visiblefrequencies, are transmissive at longer wavelengths. In comparisonto microwaves, terahertz radiation provides a better spatialresolution due to its shorter wavelength. When comparedto imaging with the high-energy X-rays, terahertz imaging isnoninvasive and can provide much better contrast in terms ofidentification of different materials due to their largely differentabsorption and refraction indexes across the terahertz spectrum.For similar reasons, terahertz imaging can find potential applicationsin biology and medicine [4], in areas as diverse as cancerresearch, label-freeDNAsensing, and nondestructive evaluationof pharmaceutical products. All of the aforementioned applicationswill benefit from compact high-power (tens of milliwatt)coherent sources of radiation to enable imaging in real time, andsensing with array detectors operating at room temperature.There has been a spur of research activities in terms of technologydevelopment to advance the field of terahertz science [6],[7], of which, the advent of a terahertz semiconductor quantumcascade laser (QCL) [5] carries particular importance. TerahertzQCLs are arguably the only solid-state terahertz sources that can deliver average optical power levels much greater than milliwattthat is essential for imaging applications, and also continuouswave (CW) operation for the frequency stability desired in highresolutionspectroscopy techniques. Terahertz QCLs have witnessedrapid development since their first demonstration in 2002with a frequency coverage from 1.2 to 5 THz (when operatedwithout the assistance of an external magnetic field) [8]–[۱۰].A wide variety of active-region designs have been published[5], [11]–[۲۰]. Whereas the initial demonstration of terahertzQCLs was done with the aid of a single-plasmon waveguidingscheme [5], the subsequent development of double-plasmonmetal–metal waveguides [21] has led to higher operating temperaturesin both pulsed (186 K) [22] and CW (117 K) [23],[24] operation. Due to the subwavelength dimensions of theemitting aperture in the metal–metal waveguides, their emissionis characterized by divergent beam patterns and low outputpowers [25], [26]; however, unique distributed-feedback (DFB)techniques have recently been demonstrated to achieve singlemodeoperation with narrow beam patterns [27]–[۳۱]. Fig. 1summarizes some of the important developments in terahertzQCLs chronologically in the relatively short span of eight yearsas mentioned earlier.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه