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量子级联激光器(QCL)将逐..

Federico Capasso1994年与美国贝尔实验室的同事共同发明了量子级联激光器(QCL),Federico Capasso在此领域活跃了15年,现在是哈佛大学的教授。

QCL工作原理:

量子级联激光器(QCL)与传统的pn结半导体二极管激光器截然不同,传统的半导体二极管激光器的发射波长由半导体材料的能隙决定,量子级联激光器是单极型激光器,它只有电子参加,通过量子阱导带激发态子能级电子共振跃迁到基态释放能量,发射光子并隧穿到下一级,一级一级传递下去,直到发射出激光,其发射波长由量子限制效应决定的两个激发态之间的能量差决定。

从这个角度来看,QCL是一个可以覆盖整个中红外波段(3-25 12渭m'> )、大部分远红外(50-300 12渭m'> )甚至亚微米波段的激光设备。

QCL研究的重要性以及主要应用:

QCL发明之前,没有可以在室温条件下以脉冲、CW两种模式工作的中红外激光器。QCLs开辟了大量中红外半导体激光产品,广泛应用于红外通信、远程探测、大气污染监控、工业烟尘分析、无损伤医学诊断、国防安全等。

QCL在激光光谱学- R&D、生化战剂探测、远程探测- LIDAR 、产品测试激光器和探测器、光电跟踪与搜索、光电对抗等方面的应用也随着QCL技术的日趋成熟越来越受到欧美等发达国家的高度重视,并投入大量的人力物力进行中远红外QCL的应用技术的开发。

QCL产业化的困难:

QCL的商业化已经全面展开,一些欧洲和美国的公司已经出产QCL晶圆、设备和传感器。在欧洲,阿尔卡特和泰利斯创建了一家名为III-V实验室生产制造QCLs

QCLs商业化没有根本的困难,因为潜在的技术同传统激光器是一样的。QCLs的产业化也会遵循传统激光器的发展曲线,开始的时候产量很低、成本很高,随着技术的发展产量逐渐增加、价格逐渐降低。

QCL领域的关键性技术:

Razeghi开发团队位于美国西北大学,我们的团队正在与美国气体传感器制造商Pranalytica合作,开发高功率高效率的QCL。这两个团队都开发出了室温下瓦级功率输出,效率超过10%QCL

另一个优点是Jerome Faist集团的杰作,制造出了大范围波长的QCL光源。我们的目标是制造出能够与傅里叶变换红外光谱仪竞争的紧凑式激光光谱仪。

目前的太赫兹QCL只能在200K以下的温度下运行,我们的终极目标是提高运行的温度。去年我们发布了第一个室温下运行的太赫兹QCL光源。我们通过不同的频率发生器产生了太赫兹“光束”。不过功率仍然比较小,未来我们希望开发出毫瓦级的光源。

下一个重要突破以及技术挑战:

目前的挑战有开发锁模皮秒脉冲QCL、扩展光谱宽度、制造短波长(约2-3

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