【原創(chuàng)】筱曉光子雄小科普—中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器
2024-11-08 17:08:43
一、量子級(jí)聯(lián)激光器
1）介紹:
量子級(jí)聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser）是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠(yuǎn)紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器。它是由貝爾實(shí)驗(yàn)室哲羅姆·菲斯特、費(fèi)德里科·卡帕索等人于1994年率先實(shí)現(xiàn)。
2）工作原理:
量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，其發(fā)光波長由半導(dǎo)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(dǎo)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(shí)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(jí)聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級(jí)聯(lián)過程，電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個(gè)過程再次發(fā)光。這個(gè)級(jí)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):
QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL（圖上）、DFB-QCL（圖中）和ECqcL（圖下）。
FP-QCL
DFB-QCL
ECqcl
增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機(jī)制為藍(lán)色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。第一種結(jié)構(gòu)最簡單的結(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(shí)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。通過最大范圍的溫度調(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(gè)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(yùn)作。
4）優(yōu)勢及應(yīng)用:
量子級(jí)聯(lián)激光器由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)原理使其具有如下的獨(dú)特優(yōu)勢：① 可以提供超寬的光譜范圍（mid IR to THz）。③ 很高的輸出功率，同時(shí)也可以工作在室溫環(huán)境下。量子級(jí)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(qiáng)。
我們的QCL激光器波長在4um-10um之間。低功耗光譜純正線寬窄，是目前全世界唯一一款低功耗的QCL-DFB激光器。 QCL5260–5.26um低功耗臺(tái)式DFB-QCL中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器
介紹:
QCL5260 – 5.26um低功耗臺(tái)式DFB-QCL中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器是筱曉2018上半年開發(fā)出的國內(nèi)首臺(tái)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)定性極高比傳統(tǒng)大功耗的量子級(jí)聯(lián)激光器的穩(wěn)定性高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。為我們中紅外測試的客戶提供了最佳的測試光源。
1）產(chǎn)品特點(diǎn):
● 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:
光斑分析
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(dòng)電流小跟普通DFB激光器一樣具有類型的驅(qū)動(dòng)電流大小，只是驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)稍微高一些。
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