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产品详细

产品名称: 王占国院士:中远红外量子级联激光器历经从概

发布日期: 2020-05-21 09:10

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简述:  量子级联激光器(Quantum Cascade Lasers,QCLs)行动一种别致的半导体相合光源,是能带工程与高精度低维原料外延本领相勾结的光后楷模。 区别于依赖导带电子-价带空穴复合的古代双极性

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  量子级联激光器(Quantum Cascade Lasers,QCLs)行动一种别致的半导体相合光源,是“能带工程”与高精度低维原料外延本领相勾结的光后楷模。

  区别于依赖导带电子-价带空穴复合的古代双极性带间半导体激光器,其欺骗单极性的电子正在导带内分立的子带量子能级间辐射跃迁达成光增益,这些能级由基于分子束外延(MBE)或金属有机化学气相浸积(MOCVD)等先辈低维原料孕育本领制得的纳米标准异质组织原料——量子阱和垒酿成。

  QCLs以其壮健的波长剪裁才略著名,因为子带酿成于导带内,能够正在褂讪动原料体例的景况下仅通过对量子阱/垒的厚度剪裁来调整子带能级差,外面上能级差能够无穷小而与体原料带隙没有直接干系,是以可达成器件激射波长的形式限加倍是向中远红外宗旨的调整。目前QCLs已遮盖了2.65 μm ~ 300 μm 波长局限、并正在3至20 μm 波段可室温职业,而InP 基的QCLs正在4-10 μm 波段已有瓦级输出功率水准,并已操纵斥地、商品化。

  自1994年第一只QCL问世此后,外面、原料和器件探求日趋深化全体,职能逐年提升,耦合量子阱增益区是级联原料的重点,根基上每一次原料、器件职能的紧急冲破,都和奇妙计划的新型增益区组织密不成分,此中以InP 基QCLs涌现尤为优秀,但仍极少题目平素没有获得很好地处分,席卷器件对照低的功率转化作用(目前也仅是正在低温下得回最高约为 50%的作用,由于此时声子散射的效应相对要弱极少),对照高的阈值电流密度(日常正在 kA/cm2 量级),加倍是当职业波长向长波长以至太赫兹宗旨扩展时,器件职能退化显然。

  为了拓展QCLs的职业甜区、达成全波红外室温(相联波)器件,探求职员正在持续发掘现有GaAs、InP基原料体例潜力的同时,进一步地展开了如GaSb基、GaN基级联原料的探求,此中前者因为其更低的载流子有用质地、更大的导带带阶以及还不错的原料外延质地,正在长波段依然显示出了必定上风,尔后者的提出首要是为了然决远红外的太赫兹波段器件的声子瓶颈失效、无法室温职业的题目——GaN的纵光学声子能量高达92 meV。需求指出的是目前全盘的QCLs根基上都是基于量子阱型增益区,微观电子-光子-声子互相影响受到导带内相联型子带组织的影响明显,为了从道理上提升器件职能,量子点级联激光器的观念应运而生,根基思绪是欺骗量子点阵列庖代有源区中的量子阱,即声子瓶颈效应,以期大幅提升粒子数反转作用、低浸阈值和刷新功率转化作用。

  图(a)量子点级联激光器;图(b)量子阱和量子点有源区域的能带组织示贪图。

  QCLs正在繁众中远红外光源中具有奇特的资产化上风,特地是器件的小型、低功耗、高作用等,给改日的操纵如遥感、计量以及红外搅扰等制造了便当的条目,是目前其他光源不成代替的。幸运飞艇平台登录正在进一步处分正在原料外延以及器件工艺历程中的一系列症结工程化题目后,其将成为全波红外段激光器的终极挑选。

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