簡介

QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)

       量子級(jí)聯(lián)激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于電子在半導(dǎo)體量子阱中導(dǎo)帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導(dǎo)體器件。不同於傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，QCL受激輻射過程只有電子參與，激射波長的選擇可通過有源區(qū)的勢(shì)阱和勢(shì)壘的能帶裁剪實(shí)現(xiàn)。QCL引領(lǐng)了半導(dǎo)體激光理論、中紅外和THz半導(dǎo)體光源革命，是痕量氣體監(jiān)測(cè)和自由空間通信的理想光源，在公共安全、國家安全、環(huán)境和醫(yī)學(xué)科學(xué)等領(lǐng)域有重大應(yīng)用前景。 量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，該激光器的有源區(qū)是由耦合量子阱的多級(jí)串接組成(通常大于500層)而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出。量子級(jí)聯(lián)激光器的出現(xiàn)開創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的先河，在中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)展史上樹立了新的里程碑。1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在貝爾實(shí)驗(yàn)室率先發(fā)明量子級(jí)聯(lián)激光器。這被視為半導(dǎo)體激光領(lǐng)域的一次革命。2000年，我國科學(xué)家李愛珍（現(xiàn)任美國科學(xué)院院士）的課題組在亞洲率先研制出5至8微米波段半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器，從而使中國進(jìn)入了掌握此類激光器研制技術(shù)的國家行列。

特點(diǎn)

       由于量子級(jí)聯(lián)激光器是集量子工程和先進(jìn)的分子束外延技術(shù)于一體，與常規(guī)的半導(dǎo)體激光器在工作原理上不同，其特點(diǎn)優(yōu)于普通激光器，因技術(shù)含量很高，相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 據(jù)了解，量子級(jí)聯(lián)激光器是一個(gè)高難度的量子工程，特點(diǎn)是工作波長與所用材料的帶隙無直接關(guān)系，僅由耦合量子阱子帶間距決定，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)波長的大范圍剪裁。

       許多基于量子級(jí)聯(lián)激光器的可調(diào)諧中紅外激光器(脈沖和紅外)在國外已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化,是各國爭相研究的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

量子級(jí)聯(lián)激光器集量子工程和分子束外延技術(shù)于一體，是國家納米及量子器件核心技術(shù)的真正體現(xiàn)，這方面的技術(shù)突破將激活我國的民用市場。它在紅外通信、遠(yuǎn)距離探測(cè)、大氣污染監(jiān)控、工業(yè)煙塵分析、化學(xué)過程監(jiān)測(cè)、分子光譜研究、無損傷醫(yī)學(xué)診斷等方面具有很急迫的應(yīng)用前景。