Недавно научно-исследовательский институт Жуйчуан и команда Ruichuang Photonics добились важного прогресса в исследовании междиапазонного каскадного лазера среднего инфракрасного диапазона (ICL). Команда реализовала серию высокопроизводительных межзонных каскадных лазеров непрерывного действия при комнатной температуре с несколькими длинами волн возбуждения и в сочетании с молекулярно-лучевой эпитаксией вырастила межзонные каскадные лазерные материалы на подложках InAs, а также подготовила устройства с узкими гребнями с комнатной температурой. Длина волны температурного возбуждения близка к 4,6 мкм. Длины волн возбуждения устройств с узкими гребнями при комнатной температуре близки к 4,6 мкм и 5,2 мкм.
Сообщается, что большинство межзонных каскадных лазеров выращиваются на подложках GaSb, в то время как межзонные каскадные лазеры, о которых сообщила группа Жуйчуана, выращиваются на подложках InAs, при этом оболочка волновода состоит из сверхрешетки InAs/AlSb и высоколегированного слоя InAs. По сравнению с обычными межзонными каскадными лазерами на основе GaSb, межзонные лазеры на основе InAs имеют более низкие пороговые плотности тока на более длинных волнах (например, более 4,5 мкм).
(а) Спектры непрерывного возбуждения устройства с длиной волны 4,6 мкм, длиной резонатора 2 мм и шириной гребня 10 мкм в диапазоне от 20 до 64 градусов;
(б) Непрерывные кривые ток-напряжение-мощность одного и того же устройства в диапазоне от 20 до -64 градусов.
Для межзонного каскадного лазера на длине волны 4,6 мкм пороговая плотность импульсного тока широкогребневого устройства при комнатной температуре составляет 292 А/см2; устройство с узким гребнем с длиной полости 2- мм и шириной гребня 10- мкм имеет постоянную рабочую температуру до 64 градусов и выходную мощность 20 мВт при комнатной температуре; это самая высокая температура непрерывной эксплуатации, зарегистрированная на данный момент для аналогичной длины волны. Для межзонного каскадного лазера на длине волны 5,2 мкм пороговая плотность тока импульса при комнатной температуре у широкогребневого прибора составляет 306 А/см2, а у узкогребневого прибора с длиной резонатора 2 мм и гребнем Ширина 10 мкм обеспечивает максимальную непрерывную рабочую температуру 41 градус с выходной мощностью при комнатной температуре 10 мВт, где пороговая плотность тока является самой низкой из зарегистрированных на аналогичных длинах волн.
Соответствующие статьи «Высокотемпературная непрерывная работа межзонного каскадного лазера на основе InAs» (DOI: 10.1063/5.0171089) и «Межзонный каскадный лазер на основе InAs, работающий на длине волны 5,17 мкм в непрерывном режиме при температуре выше комнатной» (10.1109/LPT. 2023.3335856), опубликованный в журналах Applied Physics Letters и IEEE Photonics Technology Letters соответственно.
(а) Спектры непрерывного возбуждения устройства с длиной волны 5,2 мкм, длиной резонатора 2 мм и шириной гребня 10 мкм в диапазоне от 15 до 41 градуса;
(б) Непрерывные кривые ток-напряжение-мощность одного и того же устройства в диапазоне от 15 до 41 градуса.
Межзонный каскадный лазер основан на инженерии энергетических зон и квантовой механике для генерации возбуждения, с высоким техническим содержанием и многими трудностями в разработке, что является важным воплощением национальной базовой технологии нано- и квантовых устройств и в настоящее время внесено в список важных средних технологий. -Источник инфракрасного лазера вместе с квантово-каскадным лазером (QCL), который имеет важные применения и ценность в таких областях, как мониторинг окружающей среды, промышленный контроль, медицинская диагностика и связь в свободном пространстве. Он имеет важное прикладное значение и научное значение в области мониторинга окружающей среды, промышленного контроля, медицинской диагностики и связи в свободном пространстве.
Первоначальная концепция межзонного каскадного лазера была впервые предложена профессором Жуйцин Янгом (Rui Q. Yang) из Университета Оклахомы в 1994 году, и в основном для создания системы из трех-пяти материалов InAs/GaSb/AlSb, близкой к согласованной по решетке, используется Это, и большая часть активной области представляет собой два типа квантовых ям InAs/GaInSb, которые могут охватывать диапазон длин волн от среднего инфракрасного до дальнего инфракрасного диапазона. Эта возможность может охватывать диапазон длин волн от среднего инфракрасного до дальнего инфракрасного диапазона.
Межполосные каскадные лазеры сочетают в себе преимущества традиционных полупроводниковых диодных лазеров и квантовых каскадных лазеров и имеют более низкую пороговую плотность мощности и пороговую плотность тока, чем квантовые каскадные лазеры, которые также охватывают средний инфракрасный диапазон длин волн, и это преимущество чрезвычайно низкого энергопотребления очень важно. в некоторых приложениях, требующих портативных устройств с батарейным питанием.
В настоящее время на мировом рынке междиапазонных каскадных лазеров по-прежнему доминируют иностранные компании, а внутренний рынок все еще находится на начальной стадии промышленного развития. Две работы, представленные в этой статье, свидетельствуют о том, что Ruichuang Photonics достигла высокого технического уровня во многих аспектах эпитаксиального проектирования и подготовки устройств межзонных каскадных лазеров и стала предприятием, освоившим технологию высокопроизводительных межзонных каскадных лазеров. Эта работа также закладывает прочную основу для разработки и массового производства одномодовых перестраиваемых междиапазонных каскадных РОС-лазеров.
