MOCVD生长的中红外高功率量子级联激光器

量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长技术以满足快速增长的市场需求。本文报道了全结构由MOCVD技术外延的QCL,通过将传统的“双声子共振”有源区结构修订为“单声子共振结合连续态抽取”结构,减少了电子的热逃逸,改善了器件的温度特性。针对该结构,进一步改变了有源区的掺杂浓度,并对比了不同掺杂浓度对器件性能的影响。腔长8 mm、平均脊宽约6.7μm的较高掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达3.43 W,中心波长约4.6μm,电光转化效率达13.1%;8 mm腔长的较低掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达2.73 W,中心波长约4.5μm,阈值电流仅0.56 A,峰值电光转化效率达15.6%。器件的输出功率和电光转化效率较之前文献报道的MOCVD制备的QCL有明显提高。该结果表明,MOCVD完全具备生长高功率QCL的能力,这对推动QCL的技术进步具有重要意义。

双有源区结构4.7μm中波红外量子级联激光器

本文报道了一种基于双有源区的4.7μm中波红外量子级联激光器,脊宽为9.5μm,可实现室温连续基横模工作。通过在单有源区中心插入0.8μm InP间隔层,将原有的单有源区转变成双有源区结构,可显著降低器件有源区的峰值温度,同时抑制高阶横模的产生。在288 K温度下,腔长为5 mm的双有源区器件的阈值电流密度为1.14 kA/cm2,连续输出功率为0.71 W,快轴发散角为27.3°,慢轴发散角为18.1°。同采用常规单有源区结构器件相比,采用双有源区结构的器件,其最大光输出功率未出现退化,同时器件慢轴方向由多模变化为基横模,光束质量得到了显著改善。本工作为改善高功率中波量子级联激光器的慢轴光束质量提供了一种解决思路。

用于化学探测的中红外竖腔表面发射激光器

中红外光学技术为微量化学制品的探测提供了一个有吸引力的解决途径。很久以来铅盐半导体激光器一直被应用在这方面。不同频率生成被用于周期接通的铌酸锂连续波发射器以测量H_2O(在2.7μm处),CH_4(在3.4μm处),H_2CO(在3.5μm处),CO_2(在4.3μm处)和CO(在4.6μm处)的强吸收谱线以及用于其它中红外示踪气体光谱测量的脉冲光学参量振荡器。在2μm～5μm范围的其它气体包括N_2O,HCl,HBr和OCS,还有一些目前在近红外波长探测的气体,在它们的基本跃迁谱线处被非常强烈地吸收(例如CO_2)。更小型的、耐用的、廉价的中红外光源将是适用于便携式探测系统的理想光源。

基于MOCVD生长的4.6μm中红外量子级联激光器

中红外量子级联激光器在红外对抗、痕量气体检测、自由空间光通信等领域具有广阔的应用前景,采用MOCVD生长量子级联激光器的方法具有生产效率高、可做再生长、便于多组分生长等优点。报道了可室温连续波工作的中红外量子级联激光器,波长4.6μm,采用MOCVD生长应变补偿的InGaAs/InAlAs材料。实验探究了不同掺杂对芯片性能的影响,通过优化掺杂浓度提升了器件性能。腔长3 mm,脊宽13μm的芯片在288 K的温度下,脉冲模式下最大峰值功率达到722 mW,电光转换效率和阈值电流密度分别为6.3%和1.04 kA/cm^(2),在连续模式下功率输出达到364 mW。文中成功实现了用MOCVD生长中红外量子级联激光器,为中红外波段的激光应用提供了技术支撑。

量子级联激光器研究获重大突破新型中红外激光二极管转换效率超50％

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过so％。有关报道称这一成果是量子级联激光器（QCL）研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然·光子学》杂志网络版上。

中红外激光器研究进展

中红外波段在基础科学、生物医学、环境监测、军事国防、安检安防、通信娱乐等诸多领域都有极其重要的应用。作为中红外技术的核心组成部分,覆盖宽光谱范围、高能量、高转换效率、小型化、室温运转的高性能中红外相干辐射源始终都是科研与应用领域的研究重点与热点。目前中红外激光器种类有很多,根据不同的产生原理,中红外激光器主要分为化学激光器、气体激光器、基于稀土或过渡金属离子掺杂的激光器、量子级联半导体激光器、基于非线性频率变换的激光器。重点综述这几种激光器的特点及发展历程,并对其研究前景进行展望。

研制出新型中红外激光二极管

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过50％。有关报道称这一成果是量子级联激光器（QCL）研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然一光子学》（Nature Photonics）杂志网络版上。

新型中红外激光二极管转换效率超50％

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过50％。有关报道称这一成果是量子级联激光器（QCL）研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然·光子学》杂志网络版上。

新型中红外激光二极管转换效率超50%

美国西北大学的研究人员研制出了一种小型中红外激光二极管，其转换效率超过50％。有关报道称这一成果是量子级联激光器（QCL）研究的重大突破，使量子级联激光器向多个领域的实际应用，包括对危险化学品的远程探测，迈出了重要一步。相关研究成果刊发在最近的《自然·光子学》杂志网络版上。

100 Hz重复频率脉冲中红外HF化学激光器

基于自动紫外预电离的放电引发方式,研制出紧凑型闭环高重复频率非链式HF化学激光器。该激光器采用非对称电极结构,放电腔室的尺寸为12 mm×17 mm×460 mm。为了实现重复频率运行过程中放电区气体的快速置换,循环气体垂直于光轴流过放电区,气体流速约为9 m/s。当总气压为14 kPa时,在摩尔分数分别为92%和8%的SF_6和C_2H_6混合气体中,100 Hz重复频率脉冲HF激光器的输出功率为50 W。

200 W重复频率中红外氟化氢化学激光器

为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF6和C2H6混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。

化学激光在21世纪的发展和应用前景

激光是20世纪60年代物理学的一项重大成果,也是发展最迅速的一门高技术.今天已深入到科学技术、国民经济及社会生活的各个方面,并随着激光电子产品走入家庭.高强度的激光可用于产品工业加工、驱动核聚变甚至用作激光武器.激光使光谱学和化学获得了新的生命力,是研究微观动力学的有力手段.第三代化学激光武器的诞生,标志着激光技术的应用,尤其激光武器方面的应用,在21世纪将有更广阔的发展前景.

20 W中红外2.8μm全光纤激光器研究

在2.8μm附近工作的中红外(mid-IR)激光器由于与水分子的OH-振动模式共振而在生物材料中显示出强吸收性。2.8μm中红外激光器的这一特性使其被广泛应用于生物医学和遥感领域。2.8μm中红外激光可以通过多种途径实现,例如,量子级联激光器、气体激光器(CO,HeNe)、化学激光器(HF,DF)、非线性频率变换激光器(OPO/OPA/OPG)、Cr∶ZnSe激光器和掺铒氟化物光纤激光器。

百瓦级中红外DF激光器实现10分钟稳定运行

长时间运行的高平均功率中红外激光器在光电对抗等领域中具有重要的应用价值。氟化氘(DF)化学激光器是一种典型的中红外激光器,已经实现了高功率高光束质量运行,但可长时间连续运行的氟化氘激光器鲜见报道。本课题组基于微结构水冷增益发生器、一体化谐振腔的系统配置,研制了一台可长时间稳定运行的百瓦级氟化氘激光器,如图1所示,实现了中红外激光10min连续稳定输出。

MOCVD生长的瓦级中波红外高功率量子级联激光器

基于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术实现了室温连续(CW)输出功率达到瓦级的中波红外量子级联激光器(QCL)。通过MOCVD生长条件优化,实现了高界面质量双声子共振结构材料生长,制备出室温CW功率最高为1.21 W的4.6μm QCL。具体研究了基于生长的30和40级有源区材料所制备器件的性能,探究了不同级数对器件性能的影响。相比于30级有源区器件,40级有源区器件单位面积等效输出功率没有明显提升,但器件性能随温度的升高迅速下降,这归因于更加显著的热积累效应和外延材料变厚导致的质量恶化。因此,在通过增加有源区级数提升器件功率时,需要充分考虑有源级数、热积累和材料生长质量等因素之间的平衡。MOCVD是半导体材料产业界普遍采用的技术,本研究工作对于提升QCL材料制备效率、推进QCL技术产业化应用具有重要意义。

量子态调控极窄线宽大气弱吸收单谱线氟化氢化学激光器

中国科学院大连化学物理研究所首次提出了量子态调控的极窄线宽大气弱吸收单谱线氟化氢(HF)化学激光器的概念,并且实现了连续波千瓦级激光输出,创造了大气弱吸收单谱线HF化学激光连续波输出功率国际报道的最高纪录,这也大大高于同波段窄线宽固态激光器的功率水平,该研究为中红外激光应用提供良好的高能激光光源。

连续波千瓦级燃烧驱动HBr化学激光器

中国科学院大连化学物理研究所研制的燃烧驱动HBr化学激光器首次实现了连续波千瓦级输出,创造了4.0~5.0μm波段HBr激光输出功率国际最高记录,该成果也大大高于同波段固态激光器的功率水平。所研制的激光器输出波长丰富,可为长波中红外激光的应用提供良好的高能激光光源。在该激光器中,NF3和D2高温燃烧产生F原子;F原子与H2发生反应,产生振动激发态的HF和H原子;H原子与Br2发生反应,产生振动激发态的HBr,HBr受激辐射发出3.8~4.7μm的激光。

《中国激光》专题征稿 先进中红外激光技术及应用

红外激光器通常是指工作波长位于2-20 μm波段的激光器,该波段作为一个重要的波长区间,不仅包含了众多重要分子化学键特征振动吸收峰,同时还涵盖了3-5 μm和8-13 μm两个重要的大气传输窗口。因此,中红外激光在国防、光谱学、材料加工、化学生物分子传感、安全与工业等方面具有极大的应用价值。近年来,随着中红外激光功能材料及器件(如玻璃、晶体、陶瓷、光纤等)制备工艺的进步和对中红外激光动力学过程认识的逐步加深,中红外激光技术取得了快速发展。

先进中红外激光技术及应用

中红外激光器通常是指工作波长位于2-20 μ m波段的激光器,该波段作为一个重要的波长区间,不仅包含了众多重要分子化学键特征振动吸收峰,同时还涵盖了 3-5 μ m和8—13 μ m两个重要的大气传输窗口。因此,中红外激光在国防、光谱学、材料加工、化学生物分子传感、安全与工业等方面具有极大的应用价值。近年来,随着中红外激光功能材料及器件(如玻璃、晶体、陶瓷、光纤等)制备工艺的进步和对中红外激光动力学过程认识的逐步加深,中红外激光技术取得了快速发展。