外腔量子級聯(lián)激光器的多種應(yīng)用
量子級聯(lián)介質(zhì)與外腔激光器結(jié)構(gòu)的結(jié)合,實現(xiàn)了近紅外量子級聯(lián)激光輸出,它具有窄帶、超寬帶單模調(diào)諧、高功率和優(yōu)異的光束質(zhì)量等特點,非常適合于現(xiàn)場應(yīng)用。
Eric Takeuchi, Kyle Thomas, Timothy Day
量子級聯(lián)(QC)材料在性能和制造水平方面所取得的非凡進步,已經(jīng)促使人們開發(fā)這項技術(shù)在中紅外領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。與此同時,在微型外腔激光器(ECL)的設(shè)計和制造方面,也涌現(xiàn)出了大量的創(chuàng)新行為。通過將QC增益介質(zhì)集成到ECL結(jié)構(gòu)中、以形成外腔量子級聯(lián)激光器(ECqcL),業(yè)界正在實現(xiàn)著這些技術(shù)的巨大價值。目前,外腔量子級聯(lián)激光器將有望更高的功率、更高的效率和更大的調(diào)諧范圍。
從字面上看,將QC和ECL組合成ECqcL似乎僅僅是二者的簡單結(jié)合,但事實遠非如此。需要著重指出的是,在外腔結(jié)構(gòu)中,QC材料只是作為增益介質(zhì),在其周圍可以制造外腔。這種方法上的改變,獲得了QC技術(shù)所能提供的所有優(yōu)點。
QC技術(shù)的到來
以前,研究人員最初在實驗室里使用QC技術(shù)探測和顯示中紅外波長的光。然而在過去的幾年里,QC增益介質(zhì)的外延生長技術(shù)的發(fā)展,使得這項技術(shù)從研究所和大學(xué)實驗室中走向了商業(yè)化。在很多情況下,晶圓制造商們都利用自身在III -V族半導(dǎo)體材料(例如砷化鎵和磷化銦)方面的生產(chǎn)經(jīng)驗、工藝和能力來獲得性能優(yōu)良的高品質(zhì)QC芯片。目前,量子級聯(lián)晶圓可以使用業(yè)界首選的金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)來生長,與分子束外延(MBE)方法相比,MOCVD技術(shù)具有很多優(yōu)勢。[1]比如,更快的生長速度能夠快速發(fā)展批量生產(chǎn)過程,顯著提高產(chǎn)量并降低成本。
同樣,QC增益介質(zhì)的性能也取得了長足進步。目前已經(jīng)報道的單一QC激光器里的超寬帶增益范圍是5~8