[发明专利]用于产生太赫兹辐射的方法和设备

权利要求书

1.一种设备，包括：

量子级联激光器(QCL)，具有整合在所述QCL的有源区中的显著的二阶非线性极化率(χ⁽²⁾)，所述QCL被配置为基于来自于所述非线性极化率的差频产生(DFG)来产生第一频率ω₁的第一辐射、第二频率ω₂的第二辐射，以及第三频率ω₃＝ω₁-ω₂的第三辐射。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述QCL包括：

第一量子级联(QC)结构，被配置为产生所述第一辐射；以及

第二QC结构，被配置为产生所述第二辐射，

其中，将所述非线性极化率整合在所述第一QC结构和所述第二QC结构的至少一个中。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述非线性极化率整合在所述第一QC结构和所述第二QC结构二者中。

4.如权利要求2所述的设备，其中，所述非线性极化率仅整合在所述第一QC结构和所述第二QC结构的一个中。

5.如权利要求2所述的设备，其中，所述非线性极化率整合在所述第二QC结构中而不整合在所述第一QC结构中。

6.如权利要求2至5中任一个所述的设备，其中，

所述第一QC结构包括至少一个二声子结构；以及

所述第二QC结构包括至少一个束缚到连续结构。

7.如权利要求6所述的设备，其中，

所述第一QC结构包括大约从20到30个二声子结构；以及

所述第二QC结构包括大约30个束缚到连续结构。

8.如权利要求1所述的设备，其中，所述QCL包括单个量子级联(QC)结构以产生所述第一、第二和第三辐射。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述单个QC结构包括至少一个改良的二声子结构。

10.如前述权利要求中任一个所述的设备，其中，所述第一辐射和所述第二辐射分别具有电磁谱的中红外波段中的第一波长和第二波长，且所述第三辐射具有所述电磁谱的太赫兹(THz)波段中的波长。

11.如权利要求10所述的设备，其中，

所述第一波长和第二波长在大约5到10微米的范围内；以及

所述第三波长在大约30到300微米的范围内。

12.如前述权利要求中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在室温下工作。

13.如权利要求1至11中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在低于等于大约250开氏度的温度工作。

14.如权利要求1至11中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在低于等于大约150开氏度的温度工作。

15.如权利要求1至11中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在低于等于大约80开氏度的温度工作。

16.如前述权利要求中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为基于工作温度的受控变化可变地调谐所述第一、第二和第三频率。

17.如前述权利要求中任一个所述的设备，还包括耦合到所述QCL以控制所述QCL的工作温度的热电冷却器。

18.如权利要求17所述的设备，其中，所述热电冷却器被配置为提供覆盖大约从195开氏度至295开氏度的范围的工作温度。

19.如前述权利要求中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在连续波(CW)模式下工作。

20.如权利要求1至18中任一个所述的设备，其中，所述设备被配置为在脉冲模式下工作。

21.如前述权利要求中任一个所述的设备，其中，所述QCL包括表面等离子体波导结构。

22.如权利要求21所述的设备，其中，所述表面等离子体波导结构包括至少一个实质地限制所述第三辐射的导电面。

23.如权利要求22所述的设备，其中，所述表面等离子体波导结构被配置为使得所述第一和第二辐射不与所述至少一个导电面显著交叠。