量子级激光器研究成功了吗

量子级激光器研究成功了。

量子级联激光器（Quantum Cascade Laser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。

随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其显著优势，在气体检测领域得到了迅速推广。

基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的显著优势，使其成为研究和应用的热点。

量子级联激光器（Quantum cascade Laser，QCL）是基于半导体耦合量子阱子带（一般为导带）间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。

量子（quantum）指的是通过调整有源区量子阱的厚度可以改变子带的能级间距，实现对波长的“裁剪”，另外也指器件的尺寸较小。

级联（cascade）的意思是有源区中上一组成部分的输出是下一部分的输入，一级接一级串联在一起。激光器（Laser）是指产生特定波长的光源。

量子级联激光器的波长可以覆盖在军事、通信、气体检测等领域极具应用价值的中远红外波段。

提出了一种用于等离激元激光器的锁相方案，其中，行进的表面波将表面发射激光器阵列中的多个金属微腔纵向耦合。对于单模太赫兹激光器，证明了多瓦的发射，其中从激光阵列辐射的光子比在阵列中吸收的光子多，这些光子是光损耗。

Lehigh的光子学和纳米电子中心的研究人员使用新的锁相技术，实现了太赫兹激光器的创纪录的高输出功率，并报告了任何单波长半导体量子级联激光器的最高辐射效率。

太赫兹激光器可能很快就会出现。太赫兹激光器发出的辐射沿电磁波谱位于微波和红外光之间，由于它们能够穿透常见的包装材料（例如塑料，织物和硬纸板），并被用于识别和检测各种电磁波，因此一直是研究的重点。化学物质和生物分子种类，甚至可以成像某些类型的生物组织而不会造成损害。实现太赫兹激光的潜力在于通过提高功率输出和光束质量来提高其强度和亮度。

现在，桑迪亚的Kumar，Jin和John L. Reno报告了太赫兹技术的另一项突破：他们已经开发出一种用于等离激元激光器的新型锁相技术，并通过使用该技术实现了太赫兹激光器的创纪录的高功率输出。他们的激光器产生了任何单波长半导体量子级联激光器最高的辐射效率。2020年6月12日在Optica上发表的论文“在单光谱模式下具有2 W输出功率的锁相太赫兹等离子体激元激光器阵列”中对这些结果进行了解释。

Kumar说：“据我们所知，太赫兹激光器的辐射效率是迄今为止任何单波长QCL所展示的最高效率，也是关于这种QCL达到50％以上的辐射效率的第一份报告。” 。“如此高的辐射效率超出了我们的期望，这也是为什么我们的激光器的输出功率显着高于以前的功率的原因之一。”

为了提高半导体激光器的光功率输出和光束质量，科学家们经常利用锁相技术，这是一种电磁控制系统，可以迫使一系列光腔在锁定步骤中发出辐射。太赫兹QCL利用带有金属涂层（覆层）的光腔来限制光，是一类被称为等离子体激光激光器的激光器，以其不良的辐射性能而臭名昭著。他们说，现有文献中可用的技术数量有限，可用于大幅提高此类等离激元激光器的辐射效率和输出功率。

Jin说：“我们的论文描述了一种新的等离子激元锁相方案，该方案与以前在半导体激光器的大量文献中对锁相激光器的研究明显不同。” “已证明的方法利用了电磁辐射的传播表面波作为等离激元光学腔相锁相的工具。通过达到太赫兹激光器的创纪录的高输出功率，与以前的工作相比增加了一个数量级，证明了该方法的有效性。”

沿腔的金属层传播但在腔的周围介质中而不是内部而不是内部传播的传播表面波是Kumar研究小组近年来开发的一种独特方法，该方法将继续为进一步开拓新的途径革新。该团队期望他们的激光器的输出功率水平可以导致激光器研究人员和应用科学家之间的合作，以开发太赫兹光谱和基于这些激光器的传感平台。

QCL技术的这项创新是Kuhigh实验室在Lehigh进行长期研究的结果。Kumar和Jin通过大约两年的设计和试验共同开发了最终实现的想法。与桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的里诺（Reno）博士的合作使库玛（Kumar）及其团队能够接收半导体材料，以形成用于这些激光器的量子级联光学介质。

据研究人员称，这项工作的主要创新在于光腔的设计，该腔在某种程度上与半导体材料的性能无关。他们说，Lehigh CPN 公司新获得的感应耦合等离子体（ICP）蚀刻工具在推动这些激光器的性能极限方面发挥了关键作用。

Kumar说，这项研究代表了如何开发窄光束单波长太赫兹激光器，并将在未来发展，这是一个范式转变。他补充说：“我认为太赫兹激光器的未来看起来非常光明。”

1、量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定。

2、量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。

3、量子阱激光器是半导体激光器。

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