Microwave-pumped semiconductor-superlattice parametric oscillator: a new subterahertz and terahertz radiation source

Abstract (English)

The superlattice parametric oscillator (SPO) is described. The research on the SPO comprised an experimental and a theoretical part. The SPO is pumped with microwave radiation and oscillates at the third harmonic frequency of the pump frequency. A semiconductor superlattice acts as active element giving rise to parametric gain for third harmonic radiation. A resonator delivers the feedback ...

Abstract (English)

The superlattice parametric oscillator (SPO) is described. The research on the SPO comprised an experimental and a theoretical part. The SPO is pumped with microwave radiation and oscillates at the third harmonic frequency of the pump frequency. A semiconductor superlattice acts as active element giving rise to parametric gain for third harmonic radiation. A resonator delivers the feedback necessary for parametric oscillation. The SPO works at room temperature. We realized the SPO in a metal waveguide technique. When pumped with radiation of a frequency near 100 GHz it generated third harmonic radiation near 300 GHz. It was tunable over a broad frequency range. The SPO showed characteristic behavior of an oscillator. The power (0.1 mW) of the third harmonic radiation corresponded to a conversion efficiency of a few percent of the power (4 mW)
of the pump radiation. Parametric gain is based on miniband electron transport in a superlattice. A theoretical analysis shows that gain can occur also at terahertz (THz) frequencies. Terahertz gain should allow it to realize a terahertz-SPO.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wird der mikrowellengepumpte parametrische Halbleiterübergitter-Oszillator (SPO) beschrieben. Die Beschreibung des SPO beinhaltete einen experimentellen und einen theoretischen Teil. Der SPO wird mit Mikrowellenstrahlung gepumpt und oszilliert bei der dritten Harmonischen Frequenz der Pumpfrequenz. Ein Halbleiterübergitter wirkt als aktives Element und liefert Parametrische ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit wird der mikrowellengepumpte parametrische Halbleiterübergitter-Oszillator (SPO) beschrieben. Die Beschreibung des SPO beinhaltete einen experimentellen und einen theoretischen Teil. Der SPO wird mit Mikrowellenstrahlung gepumpt und oszilliert bei der dritten Harmonischen Frequenz der Pumpfrequenz. Ein Halbleiterübergitter wirkt als aktives Element und liefert Parametrische Verstärkung für Strahlung bei der dritten Harmonischen. Der SPO arbeitet bei Raumtemperatur. Wir realisierten den SPO in einer Hohlleitertechnik. Wenn der SPO mit einer Frequenz von 300 GHz gepumpt wurde erzeugte er Strahlung bei 300 GHz. Er war über einen großen Frequenzbereich abstimmbar. Der SPO zeigte chartakteristische Eigenschaften eines Oszillators. Die Leistung (0.1 mW) der Strahlung entsprach einer Konversionseffizienz von einigen Prozent der Pumpleistung (4mW). Parametrische Verstärkung wird durch den Minibandelektronentransport im Übergitter verursacht. Eine theoretische Untersuchung zeigt, dass Verstärkung auch bei Terahertzfrequenzen möglich ist. Verstärkung im Terahertz-Frequenzbereich sollte es ermöglichen, einen Terahertz-SPO zu realisieren.

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