Viime aikoina Ruichuang Research Institute ja Ruichuang Photonics -tiimi ovat edistyneet merkittävästi keski-infrapunakaistanvälisen kaskadilaserin (ICL) tutkimuksessa. Tiimi on toteuttanut sarjan korkean suorituskyvyn, huoneenlämpötilassa jatkuvatoimisia kaistanvälisiä kaskadilasereita, joissa on useita viritysaallonpituuksia, ja yhdistetty molekyylisäteen epitaksiin kasvattaakseen kaistanvälisiä kaskadilasermateriaaleja InAs-substraateille, ja valmistanut kapeaharjanteisia laitteita, joissa on huone- lämpötilan viritysaallonpituudet lähellä 4,6 μm. Kapeiden harjalaitteiden huonelämpötilan viritysaallonpituudet ovat lähellä 4,6 μm ja 5,2 μm.
On raportoitu, että useimmat kaistanväliset kaskadilaserit kasvatetaan GaSb-substraateilla, kun taas Ruichuangin tiimin raportoimat kaistanväliset kaskadilaserit kasvatetaan InAs-substraateilla, ja aaltoputkiverhous koostuu InAs/AlSb-superhilosta ja voimakkaasti seostetusta InAs-kerroksesta. Verrattuna yleisiin GaSb-pohjaisiin kaistanvälisiin kaskadilasereihin, InAs-pohjaisilla kaistanvälisillä lasereilla on alhaisemmat kynnysvirrantiheydet pitemmillä aallonpituuksilla (esim. yli 4,5 μm).
(a) Jatkuvat viritysspektrit laitteelle, jonka aallonpituus on 4,6 μm, onkalopituus 2 mm ja harjanteen leveys 10 μm välillä 20 astetta ja 64 astetta;
(b) Saman laitteen jatkuvat virta-jännite-tehokäyrät välillä 20 astetta -64 astetta
Kaistanväliselle kaskadilaserille, jonka aallonpituus on 4,6 μm, huoneenlämpöisen pulssin kynnysvirrantiheys leveän harjanteen laitteessa on 292 A/cm2; kapeaharjanteisen laitteen, jonka onkalon pituus on 2-mm ja harjanteen leveys 10-μm, jatkuva käyttölämpötila on jopa 64 astetta ja huonelämpötilan lähtöteho 20 mW; tämä on korkein toistaiseksi raportoitu jatkuva käyttölämpötila samalla aallonpituudella. Kaistanväliselle kaskadilaserille, jonka aallonpituus on 5,2 μm, huoneenlämpöisen pulssin kynnysvirrantiheys leveän harjanteen laitteen on 306 A/cm2, kun taas kapeaharjaisen laitteen, jonka ontelopituus on 2 mm ja harjanne. leveys 10 μm saavuttaa jatkuvan maksimikäyttölämpötilan 41 astetta huoneenlämpöisellä lähtöteholla 10 mW, jossa kynnysvirrantiheys on pienin raportoitu vastaavilla aallonpituuksilla.
Asiaan liittyvät artikkelit "InAs-pohjaisen kaistanvälisen kaskadilaserin korkean lämpötilan jatkuva-aaltokäyttö" (DOI: 10.1063/5.0171089) ja "InAs-pohjainen kaistanvälinen kaskadilaser, joka toimii 5,17 μm:llä jatkuvassa aallossa huoneenlämpötilan yläpuolella" (10.1109/LPT. 2023.3335856), julkaistu Applied Physics Lettersissä ja IEEE Photonics Technology Lettersissä, vastaavasti.
(a) Laitteen jatkuvan viritysspektrit, jonka aallonpituus on 5,2 μm, onkalopituus 2 mm ja harjanteen leveys 10 μm välillä 15 - 41 astetta;
(b) Saman laitteen jatkuvat virta-jännite-tehokäyrät välillä 15 - 41 astetta.
Kaistojen välinen kaskadilaser perustuu energiakaistasuunnitteluun ja kvanttimekaniikkaan virityksen tuottamiseen, korkean teknisen sisällön ja monien kehitysvaikeuksien vuoksi, mikä on tärkeä suoritusmuoto nano- ja kvanttilaitteiden kansallisesta ydinteknologiasta, ja se on nyt listattu tärkeäksi keskipisteeksi. -infrapunalaserlähde yhdessä kvanttikaskadilaserin (QCL) kanssa, jolla on tärkeitä sovelluksia ja arvoa sellaisilla aloilla kuin ympäristön seuranta, teollinen valvonta, lääketieteellinen diagnoosi ja vapaan tilan viestintä. Sillä on tärkeä sovellusarvo ja tieteellinen merkitys ympäristön seurannan, teollisen valvonnan, lääketieteellisen diagnoosin ja vapaan tilan viestinnän aloilla.
Alkuperäisen kaistanvälisen kaskadilaserkonseptin ehdotti ensimmäisen kerran prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) Oklahoman yliopistosta vuonna 1994, ja periaatteessa käytetään lähes hilavastaavaa InAs/GaSb/AlSb kolmen ja viiden materiaalin järjestelmää. se ja suurin osa aktiivisesta alueesta on InAs/GaInSb kahden tyyppisiä kvanttikuivoja, jotka voivat kattaa aallonpituusalueen keski-infrapunasta kauko-infrapunaan. Kyky voi kattaa aallonpituusalueen keski-infrapunasta kauko-infrapunaan.
Kaistanvälisissä kaskadilasereissa yhdistyvät perinteisten puolijohdediodilaserien ja kvanttikaskadilaserien edut, ja niillä on alhaisempi kynnystehotiheys ja kynnysvirrantiheys kuin kvanttikaskadilasereilla, jotka kattavat myös keski-infrapuna-aallonpituusalueen, ja tämä erittäin alhaisen virrankulutuksen etu on erittäin tärkeä. joissakin sovelluksissa, jotka vaativat kannettavia ja akkukäyttöisiä laitteita.
Tällä hetkellä globaaleja kaistanvälisiä kaskadilasermarkkinoita hallitsevat edelleen ulkomaiset yritykset, ja kotimarkkinat ovat vielä teollisen kehityksen alkuvaiheessa. Kaksi tässä asiakirjassa raportoitua työtä osoittavat, että Ruichuang Photonics on saavuttanut korkean teknisen tason kaistanvälisten kaskadilaserien epitaksiaalisessa suunnittelussa ja laitevalmistuksessa, ja siitä on tullut yritys, joka on hallinnut korkean suorituskyvyn kaistanvälisten kaskadilaserien tekniikan. Tämä työ luo myös vankan pohjan yksimuotoviritettävän DFB interband -kaskadilaserien kehitykselle ja massatuotannolle.
