簡介
QCL激光器的基本結構
量子級聯(lián)激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于電子在半導體量子阱中導帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導體器件。不同於傳統(tǒng)p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，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)的勢阱和勢壘的能帶裁剪實現(xiàn)。QCL引領了半導體激光理論、中紅外和THz半導體光源革命，是痕量氣體監(jiān)測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)學科學等領域有重大應用前景。 量子級聯(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體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級厚度的半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉，該激光器的有源區(qū)是由耦合量子阱的多級串接組成(通常大于500層)而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出。量子級聯(lián)激光器的出現(xiàn)開創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中、遠紅外半導體激光器的先河，在中、遠紅外半導體激光器的發(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驗室率先發(fā)明量子級聯(lián)激光器。這被視為半導體激光領域的一次革命。2000年，我國科學家李愛珍（現(xiàn)任美國科學院院士）的課題組在亞洲率先研制出5至8微米波段半導體量子級聯(lián)激光器，從而使中國進入了掌握此類激光器研制技術的國家行列。
特點
由于量子級聯(lián)激光器是集量子工程和先進的分子束外延技術于一體，與常規(guī)的半導體激光器在工作原理上不同，其特點優(yōu)于普通激光器，因技術含量很高，相關產(chǎn)品的開發(fā)具有重要的社會和經(jīng)濟價值。 據(jù)了解，量子級聯(lián)激光器是一個高難度的量子工程，特點是工作波長與所用材料的帶隙無直接關系，僅由耦合量子阱子帶間距決定，從而可實現(xiàn)對波長的大范圍剪裁。
許多基于量子級聯(lián)激光器的可調諧中紅外激光器(脈沖和紅外)在國外已經(jīng)進入工業(yè)化,是各國爭相研究的高新技術產(chǎn)業(yè)。
量子級聯(lián)激光器集量子工程和分子束外延技術于一體，是國家納米及量子器件核心技術的真正體現(xiàn)，這方面的技術突破將激活我國的民用市場。它在紅外通信、遠距離探測、大氣污染監(jiān)控、工業(yè)煙塵分析、化學過程監(jiān)測、分子光譜研究、無損傷醫(yī)學診斷等方面具有很急迫的應用前景。
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