中紅外量子級聯(lián)激光器

2021-07-05 16:09:32

一、量子級聯(lián)激光器

   1）介紹:   

量子級聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser）是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室哲羅姆·菲斯特、費德里科·卡帕索等人于1994年率先實現(xiàn)。

   2）工作原理:   

量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，其發(fā)光波長由半導體能隙來決定。

QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。

量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子 “循環(huán)”起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。

3）結(jié)構(gòu):   

   FP-QCL   

   DFB-QCL   

   ECqcl   

增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機制為藍色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。

第一種結(jié)構(gòu)簡單的結(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結(jié)構(gòu)中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。

第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注入電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）

第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。

   4）優(yōu)勢及應(yīng)用:   

量子級聯(lián)激光器由于其獨特的設(shè)計原理使其具有如下的獨特優(yōu)勢：

① 可以提供超寬的光譜范圍（mid IR to THz）。

② 好的波長可調(diào)諧性。

③ 很高的輸出功率，同時也可以工作在室溫環(huán)境下。

量子級聯(lián)激光器目前主要的用途是氣體檢測和紅外對抗。氣體檢測領(lǐng)域主要優(yōu)勢是探測精度高，體積小，便攜性強。

二、筱曉光子的DFB-QCL激光器

我們的QCL激光器波長在4um-10um之間。低功耗光譜純正線寬窄，是目前全世界優(yōu)秀一款低功耗的QCL-DFB激光器。

   QCL5260–5.26um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯(lián)激光器   

   介紹:   

QCL5260 – 5.26um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯(lián)激光器是筱曉2018上半年開發(fā)出的國內(nèi)先進超低功耗的QCL DFB激光.超過100nm的可調(diào)諧范圍，輸出功率大于40mw滿足客戶測試氣體傳感等工業(yè)需求。我們的激光器輸出功率穩(wěn)定，溫度波長穩(wěn)定性非常高比傳統(tǒng)大功耗的量子級聯(lián)激光器的穩(wěn)定性高出好幾個數(shù)量級。為我們中紅外測試的客戶提供了極佳的測試光源。

   1）產(chǎn)品特點:   

● 低功耗，高功率

● 窄線寬

● 結(jié)構(gòu)緊湊

● 軟件智能控制

● 內(nèi)置FPGA

   2）QCL激光器特征曲線（5.26um典型波長為例）輸出功率特征曲線:   

   3）激光光譜(連續(xù))激光器在10℃工作:   

   4）光斑分析:   

   5）QCL激光器功率穩(wěn)定性測試曲線:   

   6）產(chǎn)品應(yīng)用:   

● TDLAS NO高精度痕量分析

●  中紅外測試光源

● 中紅外器件分析

   三，Microphotons QCL激光器優(yōu)勢:   

1）發(fā)光效率高，在常溫下25℃就可以發(fā)光。對手產(chǎn)品需要制冷至-20℃才可以發(fā)光。

2）功耗低驅(qū)動電流小跟普通DFB激光器一樣具有類型的驅(qū)動電流大小，只是驅(qū)動電壓會稍微高一些。