量子级联激光器

摘要： 基于传输矩阵理论及多模速率方程,研究了宽谱太赫兹量子级联激光器在不同光反馈强度下的自混合动力学特性。研究发现,在弱反馈下光场自混合对激光器光谱特性影响很小;反射物位置移动时的自混合信号呈正弦规律变化,同时自混合信号幅度随反射物位置的变化表现出周期性调制现象。宽谱量子级联激光器在弱反馈下可以应用于测距、成像及光谱测量。在强反馈下,宽谱激光器光谱受自混合影响显著,并有新的模式在原自由运行模式附近出现;但随着反射物移动,自混合信号波峰个数同弱反馈条件下一致,可正确描述反射物的移动规律。因此,强反馈下宽谱量子级联激光器仍可在一定条件下实现微米级的测距和成像技术。这一研究将有助于发展基于宽谱太赫兹量子级联激光器自混合现象的传感器应用。

摘要： 太赫兹量子级联激光器作为目前产生太赫兹激光的最有效手段之一,如何提升其性能表现一直是科学界所关注的重点。本篇综述将从光电调控的角度,阐述目前太赫兹量子级联激光器的性能进展。从激光器有源区设计原理开始,介绍几种新的有源区设计,再从谐振腔的角度介绍一系列新的结构,并展示他们对于功率和光束质量的提升。最后,阐述了太赫兹量子级联激光器在偏振调控和频率调谐的最新进展。

摘要： 量子级联激光器具有体积小,重量轻,波长可调谐,以及光源能够覆盖中远红外和太赫兹波段等特点,使其在痕量气体检测、定向红外对抗、自由空间光通讯以及红外成像和光谱等领域有着广泛的应用。自从1994年第一个量子级联激光器问世以来,大功率、高电光效率以及室温下连续工作的量子级联激光器一直是人们追求的目标。首先介绍了量子级联激光器的有源层设计、波导设计和器件散热设计方面的研究进展;其次重点讨论了4μm~5μm中波红外和8μm~12μm长波红外高功率室温下连续量子级联激光器的发展和演变、以及大功率脉冲量子级联激光器研究情况;最后简要介绍了大功率量子级联激光器芯片的外延制备技术。

摘要： 为探究Bragg光栅结构对TM模反馈特性的影响,利用有限时域差分法对具有TM模的分布反馈(DFB)量子级联激光器Bragg光栅结构进行仿真研究。重点分析了侧向耦合光栅的光学特性以及光栅侧壁倾角对光栅反射谱、损耗的影响及原因,并探究了光栅刻蚀深度及占空比与TM模的耦合系数、损耗的关系。结果表明有效折射率是影响Bragg波长的主要因素,而光限制因子是不同周期的侧向耦合光栅结构耦合系数产生巨大差别的原因,当光栅侧壁倾角90°时镜面损耗最小。光栅周期、占空比、刻蚀深度与耦合系数的关系表明:这些参数不仅影响光栅的相对介电常数,也会对光限制因子产生作用,从而影响耦合系数的大小;耦合系数与刻蚀深度具有正比关系,大周期光栅耦合系数随占空比的变化率较小。对光栅光反馈特性的理论研究有利于提升对DFB量子级联激光器的认识,促进激光器性能的提升和发展。

摘要： 太赫兹量子级联激光器(THzQCL)双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THzQCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THzQCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。

摘要： 基于自混合干涉效应的太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)相干测量系统是一种极其灵敏的传感系统。相比于传统的激光测速技术,自混合干涉具有光路自准直、无需额外光电探测器和混频器等优势,使系统的结构更加紧凑;而且,使用太赫兹波进行相干测量,有望提升测速上限。本文采用THz-QCL的自混合干涉技术,研究了系统对于两独立运动目标物的非线性动力学响应特性,给出了自混合信号的多普勒频谱,并通过频谱分析,获得了两目标物的运动速率及方向。研究结果证实了利用THz-QCL自混合干涉系统对目标物进行运动传感的可行性,为高速运动的多目标物测速提供了新的技术手段。

摘要： 大量物质的特征吸收谱在太赫兹范围内,因此近年来太赫兹光谱应用的发展备受关注。相比于现有的商业光谱仪,基于可调谐单模激光器的光谱测量方法具有高精度和高光谱获取速度的优势。太赫兹量子级联激光器是可调谐激光源的理想选择。在利用其实现光谱测量前,需对其调谐特性进行研究,但是现有测量方法受到精度限制。研究发现,利用太赫兹量子级联光频梳和单模激光器之间的拍频,可在微波波段得到对应的拍频信号。当调谐单模激光器时,拍频信号会发生相应的频移。因此,结合量子级联激光器的自探测,利用频谱分析仪测量拍频信号的频移情况,可以实现对单模激光器调谐的高精度测量。最终得到所测太赫兹单模激光器的调谐速率为53 MHz/K(温度调谐)和2.7 MHz/mA(电流调谐)。

摘要： 作为目前最重要的中远红外光源,量子级联激光器(QCL)因独特的性能和频率可拓展至太赫兹(THz)的特点,成为研究的热点。对于QCL,影响其输出功率和工作温度的因素较多,其中高效散热是重要的因素。首先对中红外和太赫兹两种QCL的热管理研究进行了归纳和总结;讨论和分析了两者之间的相似和不同点,主要讨论两种激光器固体侧散热的方法,包括有源区设计、改进工艺、优化器件材料体系等方面;最后,对QCL热管理的未来研究趋势进行了分析和预测。该结果对于QCL的性能提升,特别是输出功率和工作温度的提高,具有一定的参考意义。

摘要： 太赫兹(THz)波在生物医疗、天文、国防等领域具有潜在应用.THz辐射源是THz技术应用的关键器件.基于半导体的电泵浦THz量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)具有输出功率高、频率可调谐、全固态等优点,因而备受研究人员的重视.但是,长期以来,传统基于砷化镓(GaAs)材料体系的THz QCL的较低工作温度一直制约着其广泛应用.通过研究不同材料中的纵向光学(Longitudinal Optical,LO)声子及其在THz波发射过程中的作用发现,寻找新的材料体系应用于THz QCL的制备是提高器件工作温度的一个可行方案.本文综述了氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)基THz QCL的近期研究进展.

摘要： 对单丝直径为20μm,12×9阵列方形面阵的Ge-As-Te-Se组分光纤束进行了测试,并开展红外成像研究。利用5~11μm连续可调谐红外量子级联激光器作为光源,对光纤束损耗进行检测,传输损耗平均为1 dB/cm。设计并加工了基于像方远心成像的紧凑型物镜,总长13.6 mm,直径6 mm,最终实现了2 mm×2 mm视场内100μm分辨率传像。分别在量子级联激光器和非相干黑体光源的照明下,进行了环境温度对成像对比度影响的研究,结果表明,在环境温度较高(>40°C)的条件下,基于量子级联激光器照明可实现高对比度内窥成像。本文对于深入开展红外生物效应研究具有指导意义和实用价值。

摘要： 本文报道了基于主控振荡(MO)-功率放大(PA)结构的太赫兹量子级联激光器(THz-MOPA-QCL).利用“半导体/金属”分布反馈光栅提高MO的输出功率,利用锥形放大区域抑制增益饱和,并增大衍射光栅宽度以有效抑制PA的自激振荡.该激光器在20K脉冲模式下的峰值输出功率达135mW,比常规二级分布反馈激光器功率高约35倍.

摘要： 2.5THz是大气传输中损耗较小的一个频点,且处于太赫兹量子级联激光器(THz QCL）主要工作频段的低频区,对系统集成中辅助电路和其他元件的要求更容易满足,因此是开展QCL太赫兹源应用系统原理性研究重要频点,有必要对性能进行针对性研究.2.5THz量子级联激光器研制的难点在于其波长较长,辐射跃迁能差小,载流子对辐射跃迁上能级的选择性注入和对辐射跃迁下能级的选择性抽取困难,且自由载流子吸收和波导损耗较大.本文基于束缚-连续有源区结构，通过分子束外延方法制备了百余周期、千层纳米薄膜的有源区材料，采用湿法腐蚀和半绝缘等离子体波导结构，制备了频率为2.5THz的太赫兹量子级联激光器，单边实测连续波功率大于10mW，连续波最高工作温度达到84K。

摘要： 本文介绍了基于4.3μm量子级联激光器的二氧化碳同位素检测系统.该系统采用直接吸收法,通过锯齿波电流扫描的方式实现激光器的波长调谐,并结合HITRAN数据库对吸收曲线进行分析,反演出样本气体中二氧化碳同位素的浓度以及比例.利用14cm光程的气体吸收池对人体呼吸气体中的二氧化碳同位素(13C16O2与12C16O2)进行分析并计算δ13C,获得了6.8‰的测试精度.通过更换光程更长的多次反射吸收池,该系统可望获得更高的精度并应用于医疗诊断、油气勘测以及环境监测等多个领域.

摘要： 太赫兹(THz）波是指频率从0.1THz到10THz,介于毫米波与红外光之间的电磁波,具有安全性、宽带性、指纹谱特性和穿透性等特点,在国家安全、航空航天、生物医学、材料科学等众多领域都有潜在的重大应用价值.太赫兹量子级联激光器(THz QCL）作为一种紧凑的、相干的固体连续辐太赫兹射源,其辐射频率可通过能带和波函数设计进行调控,具有响应速度快、体积小、便于集成等优点.本研究团体经过不断摸索与创新，在突破THz QCL有源区超高质量材料的制备、微纳器件加工、输出光束整形等技术的基础上，成功研制出2.5THz,2.9THz,3.1THz,和4.3THz太赫兹量子级联激光器。

摘要： 量子级联激光器在红外对抗和气体传感等领域有着重要的用途.本文采用用分子束外延(MBE）在InP衬底上生长了InGaAs/InAlAs的有源区结构,然后用湿法腐蚀除了双沟的脊波导,用MOCVD填沟生长了半绝缘InP(Fe:InP）掩埋异质结后,二次外延了InP上波导,制备的单脊波导器件能够达到303K的连续工作温度.激光器在283K时,激射波长为9.35微米,连续波输出功率达45mW,温度升高到303K时,其波长红移到9.45μm,仍有10mW输出功率.通过进一步分布反馈布拉格光栅的制作，制备的新器件有望在长波红外的气体传感领域得到应用。

摘要： 报道了基于递变型光子异质结谐振腔的太赫兹量子级联激光器.通过选择性激发辐射效率高的对称模,分别获得了脉冲103mW和连续27mW的单模激光,以及较低发散角(～10×40°)的单瓣光束;激光频率约3THz.进一步利用环形谐振腔实现了该类激光器的锁相耦合阵列;阵列的激光功率随激光器数目近似线性增加,且光束准直性得到了有效提高.

摘要： 本文主要讲解了中远红外量子级联激光器和太赫兹量子级联激光器的工作原理，详细介绍了量子级联激光器的制作思路、工艺和性能，中远红外QCI产品室温工作波长为4.3-10.4N,m，功率为1W，太赫兹QCL在液氮温度下杜瓦封装功率达到550mW.

摘要： ADN(二硝酰胺铵)作为一种绿色推进剂已在固体推进剂以及液体推进剂领域得到一定程度的应用,是未来化学推进技术的一个新方向.目前我国正处于ADN推进剂研究的起始阶段,燃烧过程的研究是当前研究的一个重要问题.由于ADN基推进剂催化分解及燃烧反应过程复杂,相关的实验数据无法从国外公开文献获得,因此有必要开展ADN发动机催化分解及燃烧反应的实验研究.本实验采用基于量子级联激光器吸收光谱诊断技术对ADN基发动机燃烧室内燃烧过程进行探究.CO是ADN基燃烧反应特征产物之一,通过测量ADN基发动机不同工况下CO的浓度和燃烧室内温度,可以获得ADN基的催化效率及燃烧反应进行的程度.

摘要： 为了应对复杂多变的测量环境，提高测量分辨率，要求QCLs能够具有较宽的光谱调谐范围和优良的单模特性。本文分析了实验室利用分布反馈(Distributed Feedback, DFB)光栅的DFB QCLs和利用外腔结构的EC QCLs实现单模工作的两种QCL结构的初步结果。分布反馈光栅是研制高性能分布反馈激光器的关键。本文基于2001-2002年自主知识产权创建的全息曝光系统，进一步发展了表面光栅(Top grafting)制备DFB QCL。为优化后的激光器表面光栅结构，光栅周期1.2μm。这种特殊结构能够显著降低界面处等离了模和激光模祸合而带来的波导损耗。通过调整光栅的腐蚀深度来调整光栅顶部和沟槽的折射率以及波导损耗的变化，使得激光器的耦合系数可控。为采用深腐蚀表面光栅结构的DFBQCLs的性能曲线图，激射波长为7.6μm，最高连续工作温度205K，边摸抑制比>25dB。

摘要： 掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显，其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一—THz调制器的基础，开展相关领域的研究具有重要的学术价值和应用价值，因而逐渐受到重视。采用氟化氪(KrF)脉冲准分子激光烧蚀沉积(PLD)技术，制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09THz、脉冲功率为10mW量级的THzQCL光源研究了太赫兹波在Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜中的传输，分析了相互作用机理。

摘要： 本发明涉及量子级联激光器、发光设备、制作量子级联激光器的方法。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构包括第一区、第二区和第三区，第一区具有端面；高比电阻区，所述高比电阻区被设置在第一区和第二区上；金属层，所述金属层被设置在第三区上；介电膜，所述介电膜被设置在端面和高比电阻区上；以及反射金属膜，所述反射金属膜被设置在介电膜、端面和高比电阻区上。第一至第三区被依次布置在第一轴的方向上。激光器结构具有在第二区与第三区之间的边界上的台阶，并且激光器结构包括半导体台面和导电基部。半导体台面具有芯层，并且导电基部用于安装半导体台面。高比电阻区具有比导电基部的比电阻大的比电阻。

摘要： 本发明提供量子级联激光器、发光设备、制作半导体激光器的方法。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构具有第一区、第二区和第三区，第一区具有端面；高比电阻区，所述高比电阻区被设置在第一区和第二区的主表面上；金属层，所述金属层被设置在第三区的主表面上；介电膜，所述介电膜被设置在端面和高比电阻区上；以及反射金属膜，所述反射金属膜被设置在介电膜、端面和高比电阻区上。第一至第三区被依次布置在第一轴的方向上。激光器结构具有半导体台面和半导体基部。半导体基部安装半导体台面。介电膜在第一区与第二区之间的边界处具有水平差，并且台阶在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上延伸。

摘要： 本发明一种太赫兹量子级联激光器金属波导结构的制备方法及激光器，包括以下步骤：在半绝缘GaAs衬底上用分子束外延法依次生长刻蚀停止层、下接触层、多量子阱有源区、上接触层、n型重掺杂层和利用低温生长钝化层；形成非合金欧姆接触；在接收体衬底基片上依次沉积电接触增强金属层、金属In层和金属Au层；将器件基片与接收体基片进行倒装键合，沉积SiO

摘要： 一种太赫兹量子级联激光器的液氮冷却系统及采用其的激光器，该液氮冷却系统包括：一液氮杜瓦瓶，所述液氮杜瓦瓶的内壳为“L”形结构；一管芯安装座，所述管芯安装座位于所述液氮杜瓦瓶内壳拐角一端的端部，与所述内壳为一体结构，且所述管芯安装座上设有一容纳所述激光器管芯热沉的凹槽和一方台，用于固定安装所述激光器管芯的热沉。本发明提供的液氮制冷工作太赫兹量子级联激光器的封装结构可以实现太赫兹量子级联激光器工作过程中的充分散热，实现器件在液氮温度下工作，同时利用光锥、透镜等光学元件充分收集出射光，并对光束进行整形，保证最终获得足够大的光功率和良好的光束质量。

摘要： 一种量子级联激光器相干阵列结构，包括：一衬底；一下波导层；一有源层，该有源层在横向被分成若干个不等宽度的微米条阵列，中间的微米条最宽，向两侧微米条宽度依次递减；一半绝缘InP：Fe层，该半绝缘InP：Fe层位于有源层的两侧且等宽度用来隔离微米条阵列；一上波导层。以及一种采用该相干阵列结构的量子级联激光器及其制造方法。本发明通过啁啾的有源脊宽度设计调整了微米条阵列间的增益分配，使基超模具有最低的波导损耗从而优先激射，从而改善了光束质量，同时利用半绝缘InP作为有源层的分隔区和光场的耦合区，不但实现了阵列的相干激射而且显著降低了有源区的工作温度，从而有利于提高器件的输出功率。

摘要： 本发明涉及量子级联激光器、发光设备、制作量子级联激光器的方法。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构包括第一区、第二区和第三区，第一区具有端面；高比电阻区，所述高比电阻区被设置在第一区和第二区上；金属层，所述金属层被设置在第三区上；介电膜，所述介电膜被设置在端面和高比电阻区上；以及反射金属膜，所述反射金属膜被设置在介电膜、端面和高比电阻区上。第一至第三区被依次布置在第一轴的方向上。激光器结构具有在第二区与第三区之间的边界上的台阶，并且激光器结构包括半导体台面和导电基部。半导体台面具有芯层，并且导电基部用于安装半导体台面。高比电阻区具有比导电基部的比电阻大的比电阻。

摘要： 本发明涉及气体浓度检测技术领域，提供一种基于量子级联激光器或带间级联激光器的气体遥测装置，包括：主激光器、准直透镜、收光透镜、光电探测器和控制电路；所述主激光器采用量子级联激光器或带间级联激光器；所述准直透镜设置在主激光器的出射端，所述主激光器发射的激光通过准直透镜进行准直后，穿过目标气体，目标气体对激光中特定波长的激光分量进行吸收后，激光照射至物体表面，物体表面反射的部分激光经目标气体再次吸收；所述收光透镜接收经目标气体再次吸收后的激光汇聚至光电探测器，所述光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，通过控制电路进行滤波放大并计算输出目标气体浓度。本发明能够快速检测目标气体浓度。

摘要： 本发明提供量子级联激光器、发光设备、制作半导体激光器的方法。量子级联激光器包括：激光器结构，所述激光器结构具有第一区、第二区和第三区，第一区具有端面；高比电阻区，所述高比电阻区被设置在第一区和第二区的主表面上；金属层，所述金属层被设置在第三区的主表面上；介电膜，所述介电膜被设置在端面和高比电阻区上；以及反射金属膜，所述反射金属膜被设置在介电膜、端面和高比电阻区上。第一至第三区被依次布置在第一轴的方向上。激光器结构具有半导体台面和半导体基部。半导体基部安装半导体台面。介电膜在第一区与第二区之间的边界处具有水平差，并且台阶在与第一轴的方向交叉的第二轴的方向上延伸。

摘要： 本发明一种太赫兹量子级联激光器金属波导结构的制备方法及激光器，包括以下步骤：在半绝缘GaAs衬底上用分子束外延法依次生长刻蚀停止层、下接触层、多量子阱有源区、上接触层、n型重掺杂层和利用低温生长钝化层；形成非合金欧姆接触；在接收体衬底基片上依次沉积电接触增强金属层、金属In层和金属Au层；将器件基片与接收体基片进行倒装键合，沉积SiO

摘要： 本发明涉及气体浓度检测技术领域，提供一种基于量子级联激光器或带间级联激光器的气体遥测装置，包括：主激光器、准直透镜、收光透镜、光电探测器和控制电路；所述主激光器采用量子级联激光器或带间级联激光器；所述准直透镜设置在主激光器的出射端，所述主激光器发射的激光通过准直透镜进行准直后，穿过目标气体，目标气体对激光中特定波长的激光分量进行吸收后，激光照射至物体表面，物体表面反射的部分激光经目标气体再次吸收；所述收光透镜接收经目标气体再次吸收后的激光汇聚至光电探测器，所述光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，通过控制电路进行滤波放大并计算输出目标气体浓度。本发明能够快速检测目标气体浓度。