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外腔量子级联激光器应用浅析

导读: 量子级联(QC)材料在性能和制造水平方面所取得的非凡进步,已经促使人们开发这项技术在中红外领域的广泛应用。

  量子级联(QC)材料在性能和制造水平方面所取得的非凡进步,已经促使人们开发这项技术在中红外领域的广泛应用。与此同时,在微型外腔激光器(ECL)的设计和制造方面,也涌现出了大量的创新行为。通过将QC增益介质集成到ECL结构中、以形成外腔量子级联激光器(ECqcL),业界正在实现着这些技术的巨大价值。目前,外腔量子级联激光器将有望更高的功率、更高的效率和更大的调谐范围。

  从字面上看,将QC和ECL组合成ECqcL似乎仅仅是二者的简单结合,但事实远非如此。需要着重指出的是,在外腔结构中,QC材料只是作为增益介质,在其周围可以制造外腔。这种方法上的改变,获得了QC技术所能提供的所有优点。

  QC技术的到来

  以前,研究人员最初在实验室里使用QC技术探测和显示中红外波长的光。然而在过去的几年里,QC增益介质的外延生长技术的发展,使得这项技术从研究所和大学实验室中走向了商业化。在很多情况下,晶圆制造商们都利用自身在III -V族半导体材料(例如砷化镓和磷化铟)方面的生产经验、工艺和能力来获得性能优良的高品质QC芯片。目前,量子级联晶圆可以使用业界首选的金属化学气相沉积(MOCVD)技术来生长,与分子束外延(MBE)方法相比,MOCVD技术具有很多优势。[1]比如,更快的生长速度能够快速发展批量生产过程,显著提高产量并降低成本。

  同样,QC增益介质的性能也取得了长足进步。目前已经报道的单一QC激光器里的超宽带增益范围是5~8μm(750个波数)。[2]通过完整的波导和热理论模型,为连续光工作而优化的QC结构可输出高功率;高效率FP腔激光器(简单的切割面)在室温下单面的输出光功率已经超过1.3W。[3],[4]

  由于最近QC芯片制造技术的成熟发展,现在已经可以制造各种类型的激光器(见图1)。

QC激光器的基本结构包括FP-QCL(上图)、DFB-QCL(中图)和ECqcL(下图)

图1 QC激光器的基本结构包括FP-QCL(上图)、DFB-QCL(中图)和ECqcL(下图)

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