控製激光作用的物理機製產(chan) 生本質上光譜狹窄的發光源，量子級聯(QC)激光器也不例外。QC激光器，特別是因為(wei) 它依賴於(yu) 導帶內(nei) 受限電子態之間的子帶間發射，產(chan) 生比帶間或其他激光源更窄的增益譜。
超寬帶(3.3 - 12.5µm)單棧量子級聯增益介質
自二十多年前發明以來，QC激光器由於(yu) 其緊湊性，穩健性和高性能(高輸出功率，可調性和波長可定製性)而成為(wei) 許多實際国产成人在线观看免费网站中備受追捧的中紅外源。然而，有光譜国产成人在线观看免费网站(如生物學)，其中分子的吸收特征是廣泛的，因此需要單一激光源的寬波長可調性。為(wei) 了實現廣泛的可調性，已經報道了各種方法，如所謂的“綁定到連續體(ti) ”和“連續到連續體(ti) ”設計，以及多個(ge) 增益介質的堆疊。
在這裏，我們(men) 通過設計一種單堆棧增益介質來實現寬增益發射，該介質結合了QC激光器中兩(liang) 個(ge) 相對較新的、不同的帶結構設計概念:注入器基態與(yu) 上激光態的超強耦合和超短注入器區域。
圖1
我們(men) 的活動岩心設計(圖1(a))采用了一個(ge) 兩(liang) 井注入器，通過超薄屏障(0.8nm)將其與(yu) 三井活動區域隔開。采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)和分子束外延(MBE)兩(liang) 種方法，在低摻雜InP:S襯底上生長出具有100次重複活性注入區的應變平衡InGaAs/InAlAs激光結構。
電致發光器件采用深蝕刻、直徑130µm的半圓形平台，頂部觸點為(wei) Ti/Pt/Au，底部觸點為(wei) 退火的Ge/Au/Ni/Au，並覆蓋Ti/Au。將Fabry-Perot激光器製作成雙溝槽深蝕刻脊波導激光器，采用380nm SiNx作為(wei) 側(ce) 壁絕緣，並向下安裝在複合金剛石底座上。為(wei) 了進行測試，所有的台麵和激光設備都安裝在AlN上的直接結合銅襯底上。
電致發光(EL)光譜在不同溫度和脈衝(chong) 電流(80kHz重複頻率;脈衝(chong) 寬度100-500ns)，使用傅裏葉變換紅外(FTIR)光譜儀(yi) 進行步進掃描模式和ln2冷卻MCT探測器，波長截止為(wei) 12.5µm。在快速掃描模式下，使用相同的FTIR設置獲得激光光譜。脈衝(chong) (200 ns;使用室溫MCT檢測器在80-300K的溫度範圍內(nei) 測量了光電流-電壓(LIV)特性。
圖2
該設計在80K和297K下顯示了超寬增益光譜(圖2(a)和(b))，跨度超過一個(ge) 倍頻程(從(cong) 3.3µm到12.5µm)。從(cong) 圖2(a)中隨偏置場和電流增加的光譜演變可以看出，在80K時，單個(ge) 躍遷更加清晰。從(cong) 80K時IV曲線上的兩(liang) 個(ge) 開啟區域(圖1 (b))來看，超短注入器和超強耦合狀態所導致的明顯轉變也更為(wei) 明顯。偏振相關(guan) 的測量進行了確認子帶間發射。此外，通過MOCVD和MBE進行了兩(liang) 個(ge) 獨立的生長，並進行了仔細的成像，以證明寬帶發射是設計固有的，而不是不均勻或不均勻生長的結果。
圖3
圖3(a)所示的溫度依賴性LIV特性是脊寬為(wei) 14.8µm，腔長為(wei) 2.5mm的激光器。激光在180K和297K分別發射出2.4W和490mW的光譜集成峰值功率。該激光器具有129K的特征溫度(T0)和較大的翻滾電流密度，表明由於(yu) 超短注入器提高了電流注入效率。在80kV/cm偏置場下，激光光譜顯示出以10.2µm、8.8µm和7.7µm為(wei) 中心的三組模式。
EL測量表明，在寬範圍的工作場和溫度(80K-300K)下，單堆疊量子級聯增益介質的波長發射跨越超過一個(ge) 倍程(3.3 μ m至12.5 μ m)。利用這種增益介質製備的As-cleaved ridge激光器在室溫下的輸出功率可達100mw，激光發射距離可達3µm(從(cong) 7.4µm到12.1µm)。
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