Квантово-каскадный лазер

Квантово-каскадный лазер История и принципы работы QCLs QCLs были впервые продемонстрированы в 1994 году.   Они используют межподзонные переходы в полупроводниковых […]

Квантово-каскадный лазер

  • История и принципы работы QCLs

    • QCLs были впервые продемонстрированы в 1994 году.  
    • Они используют межподзонные переходы в полупроводниковых гетероструктурах.  
    • В отличие от межзонных лазеров, QCLs являются однополярными.  
  • Межподзонные переходы

    • Электроны в QCLs занимают состояния в подзонах, разделенных запрещенной зоной.  
    • Толщина слоев определяет энергетические уровни и длину волны излучения.  
    • Электроны могут туннелировать между подзонами, испуская фотоны.  
  • Уравнения скорости и инверсия населенности

    • Уравнения скорости описывают движение электронов в подзонах.  
    • Инверсия населенности достигается при определенных соотношениях скоростей рассеяния.  
    • Общая плотность носителей определяется легированием.  
  • Проекты активных областей

    • Толщина слоев влияет на волновые функции электронов.  
    • Диагональный переход уменьшает перекрытие уровней, вертикальный переход увеличивает.  
    • Для увеличения усиления волновые функции нижнего уровня и уровня земли проектируются для перекрытия.  
  • Материальные системы

    • Первые QCLs были изготовлены на основе GaInAs/AlInAs.  
    • GaAs/AlGaAs и InAs/AlSb также используются для достижения коротковолнового излучения.  
    • InAs/AlSb имеет малую эффективную массу электронов, что способствует высокому межподзонному усилению.  
  • Современные достижения

    • QCLs на основе InAs демонстрируют работу при комнатной температуре и низкие пороговые плотности тока.  
    • QCLs могут работать в материалах с непрямой запрещенной зоной, таких как кремний.  
  • Межзонные и межподзонные оптические переходы

    • Межзонные переходы снижают интенсивность излучения из-за медленного рассеяния.  
    • Межподзонные переходы не зависят от импульса минимумов зоны проводимости и валентной зоны.  
  • Длины волн излучения

    • QCLS охватывают диапазон от 2,63 мкм до 250 мкм.  
    • Магнитное поле расширяет диапазон до 355 мкм.  
  • Оптические волноводы

    • Гребневой волновод: протравливание канавок, диэлектрический материал, покрытие золотом.  
    • Скрытая гетероструктура: травление, выращивание нового материала, диэлектрический материал.  
  • Типы лазеров

    • Лазеры Фабри–Перо: простой резонатор, высокая мощность, многорежимность.  
    • Лазеры с распределенной обратной связью: DFB, один режим, настройка температурой.  
    • Лазеры с внешним резонатором: антиотражающее покрытие, внешний резонатор, частотно-селективные элементы.  
  • Расширенные устройства настройки

    • Встроенные нагреватели: до 0,7% от центральной длины волны.  
    • Решетки надстройки: до 4% от центральной длины волны.  
  • Рост и приложения

    • Чередующиеся слои полупроводников выращены методами MBE и MOVPE.  
    • Коммерциализация: FP в 1998, DFB в 2004, EC в 2006.  
    • Применение: спектроскопия, дистанционное зондирование, безопасность, медицина, химия плазмы.  
    • Внутриимпульсная QCL-спектроскопия: идентификация и количественное определение сложных молекул.  

Полный текст статьи:

Квантово-каскадный лазер

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх