簡介

QCL激光器的基本結構

       量子級聯激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基於(yu) 電子在半導體(ti) 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(ti) 器件。不同於(yu) 傳(chuan) 統p-n結型半導體(ti) 激光器的電子-空穴複合受激輻射機製，QCL受激輻射過程隻有電子參與(yu) ，激射波長的選擇可通過有源區的勢阱和勢壘的能帶裁剪實現。QCL引領了半導體(ti) 激光理論、中紅外和THz半導體(ti) 光源革命，是痕量氣體(ti) 監測和自由空間通信的理想光源，在公共安全、國家安全、環境和醫學科學等領域有重大應用前景。 量子級聯激光器(QCL)是一種基於(yu) 子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與(yu) 通常的半導體(ti) 激光器截然不同。其激射方案是利用垂直於(yu) 納米級厚度的半導體(ti) 異質結薄層內(nei) 由量子限製效應引起的分離電子態，在這些激發態之間產(chan) 生粒子數反轉，該激光器的有源區是由耦合量子阱的多級串接組成(通常大於(yu) 500層)而實現單電子注入的多光子輸出。量子級聯激光器的出現開創了利用寬帶隙材料研製中、遠紅外半導體(ti) 激光器的先河，在中、遠紅外半導體(ti) 激光器的發展史上樹立了新的裏程碑。1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在貝爾實驗室率先發明量子級聯激光器。這被視為(wei) 半導體(ti) 激光領域的一次革命。2000年，我國科學家李愛珍（現任美國科學院院士）的課題組在亞(ya) 洲率先研製出5至8微米波段半導體(ti) 量子級聯激光器，從(cong) 而使中國進入了掌握此類激光器研製技術的國家行列。

特點

       由於(yu) 量子級聯激光器是集量子工程和先進的分子束外延技術於(yu) 一體(ti) ，與(yu) 常規的半導體(ti) 激光器在工作原理上不同，其特點優(you) 於(yu) 普通激光器，因技術含量很高，相關(guan) 產(chan) 品的開發具有重要的社會(hui) 和經濟價(jia) 值。 據了解，量子級聯激光器是一個(ge) 高難度的量子工程，特點是工作波長與(yu) 所用材料的帶隙無直接關(guan) 係，僅(jin) 由耦合量子阱子帶間距決(jue) 定，從(cong) 而可實現對波長的大範圍剪裁。

       許多基於(yu) 量子級聯激光器的可調諧中紅外激光器(脈衝(chong) 和紅外)在國外已經進入工業(ye) 化,是各國爭(zheng) 相研究的高新技術產(chan) 業(ye) 。

量子級聯激光器集量子工程和分子束外延技術於(yu) 一體(ti) ，是國家納米及量子器件核心技術的真正體(ti) 現，這方麵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、大氣汙染監控、工業(ye) 煙塵分析、化學過程監測、分子光譜研究、無損傷(shang) 醫學診斷等方麵具有很急迫的應用前景。