物理：量子カスケードレーザーに基づく中赤外周波数コム
Nature 492, 7428 doi: 10.1038/nature11620
光周波数コムは光周波数の物差しとして機能し、基礎的な時間の計測、分光法、周波数合成などの多くの分野において新しい道を開いている。特に、光周波数コムによる分光法は、フーリエ分光計の精度と速度を超えている。このような分光技術は、ほとんどの軽い分子で基本回転振動バンドが見いだされる中赤外領域に特に適している。大部分の中赤外コム源は、非線形結晶を用いた近赤外のモード同期超高速レーザーのダウンコンバージョンに基づいている。それらを周波数コム分光に応用することで、スペクトル範囲、分解能、感度をあわせ持つ、これまでにない性能が得られている。一方、コムは超高Q値の微小共振器を連続波レーザーで励起することによっても生成できる。しかし、これらのコムは一連の光学部品に依存し、これがコムの使用を制限する。したがって、このような中赤外コムの分光学的応用を広げるには、電気注入を使った、より直接的で小型の発生法が望ましい。本論文では、中赤外で作動する小型で広帯域の半導体周波数コム発生器を紹介する。我々は、連続波フリーランニングの広帯域量子カスケードレーザーの複数のモードがフェーズロックされていることを実証した。四光波混合によるモードの増殖を量子カスケードレーザーの利得と組み合わせることで、周波数変調レーザーの場合と同様の位相関係が得られる。コム中心の搬送波の波長は7 μmである。我々は、モード間のビート線幅が10 Hz以下となる狭い駆動電流領域を特定した。4.4％のコム帯域幅では、モード間の安定性が200 Hz以下となることが判明した。モード間のビートは、RF注入により65 kHzの周波数範囲にわたって変化させることができる。利得帯域幅が大きく、搬送波周波数オフセットとモード間隔を独立に制御できることから、広帯域で小型の全固体中赤外分光計への道が開かれる。
