Recent, Ruichuang Research Institute și echipa Ruichuang Photonics au făcut progrese importante în cercetarea laserului în cascadă interbandă în infraroșu mijlociu (ICL). Echipa a realizat o serie de lasere în cascadă interbandă de înaltă performanță, la temperatura camerei, cu funcționare continuă, cu lungimi de undă de excitație multiple și combinate cu epitaxie cu fascicul molecular pentru a crește materiale laser în cascadă interbandă pe substraturi InAs și a pregătit dispozitive cu creastă îngustă cu încăpere. lungimi de undă de excitare a temperaturii apropiate de 4,6 μm. Lungimile de undă de excitare la temperatura camerei ale dispozitivelor cu creastă îngustă sunt apropiate de 4,6 μm și 5,2 μm.
Se raportează că majoritatea laserelor în cascadă interbandă sunt cultivate pe substraturi GaSb, în timp ce laserele în cascadă interbandă raportate de echipa lui Ruichuang sunt cultivate pe substraturi InAs, placarea ghidului de undă constând dintr-o superlatice InAs/AlSb și un strat de InAs puternic dopat. În comparație cu laserele obișnuite în cascadă interbandă bazate pe GaSb, laserele interbandă bazate pe InAs au densități de curent de prag mai mici la lungimi de undă mai mari (de exemplu, mai mari de 4,5 μm).
(a) Spectrele de excitație continuă ale unui dispozitiv cu lungime de undă de 4,6 μm, lungimea cavității de 2 mm și lățimea crestei de 10 μm între 20 și 64 de grade;
(b) Curbe continue curent-tensiune-putere ale aceluiași dispozitiv între 20 de grade -64 grade
Pentru laserul în cascadă interbandă la o lungime de undă de 4,6 μm, densitatea curentului de prag al impulsului la temperatura camerei a dispozitivului cu crestă largă este de 292 A/cm2; dispozitivul cu creastă îngustă cu o lungime a cavității de 2-mm și o lățime de coamă de 10-μm are o temperatură de funcționare continuă de până la 64 de grade și o putere de ieșire la temperatura camerei de 20 mW; aceasta este cea mai mare temperatură de funcționare continuă raportată până acum la o lungime de undă similară. Pentru un laser în cascadă inter-bandă la o lungime de undă de 5,2 μm, densitatea curentului de prag al impulsului la temperatura camerei a dispozitivului cu crestă largă este de 306 A/cm2, în timp ce cea a dispozitivului cu crestă îngustă cu o lungime a cavității de 2 mm și o creastă lățimea de 10 μm atinge temperatura maximă de funcționare continuă de 41 de grade, cu o putere de ieșire la temperatura camerei de 10 mW, unde densitatea curentului de prag este cea mai scăzută raportată la lungimi de undă similare.
Lucrarea conexă „Funcționarea cu undă continuă la temperatură înaltă a laserului în cascadă interbandă bazat pe InAs” (DOI: 10.1063/5.0171089) și „Laserul în cascadă interbandă bazat pe InAs care funcționează la 5,17 μm în undă continuă peste temperatura camerei” (10.1109/LPT. 2023.3335856) publicat în Applied Physics Letters și, respectiv, IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Spectrele de excitație continuă ale unui dispozitiv cu lungime de undă de 5,2 μm, lungimea cavității de 2 mm și lățimea crestei de 10 μm între 15 grade și 41 grade;
(b) Curbe continue curent-tensiune-putere ale aceluiași dispozitiv între 15 și 41 de grade.
Laserul în cascadă interbandă se bazează pe ingineria benzilor de energie și mecanica cuantică pentru a genera excitație, cu conținut tehnic ridicat și multe dificultăți de dezvoltare, care este o întruchipare importantă a tehnologiei de bază naționale a dispozitivelor nano și cuantice și este acum listată ca un mijloc important. -sursă laser infraroșu împreună cu laser cuantic în cascadă (QCL), care are aplicații și valoare importante în domenii precum monitorizarea mediului, controlul industrial, diagnosticul medical și comunicarea în spațiul liber. Are valoare de aplicare importantă și semnificație științifică în domeniile monitorizării mediului, controlului industrial, diagnosticului medical și comunicării în spațiul liber.
Conceptul original de laser în cascadă inter-bandă a fost propus pentru prima dată de prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) de la Universitatea din Oklahoma în 1994 și, în principiu, sistemul de trei-cinci materiale InAs/GaSb/AlSb, aproape de rețea, este folosit pentru a construi acesta, iar cea mai mare parte a regiunii active este InAs/GaInSb două tipuri de puțuri cuantice, care pot acoperi intervalul de lungimi de undă de la infraroșu mediu la infraroșu îndepărtat. Capacitatea poate acoperi intervalul de lungimi de undă de la infraroșu mediu la infraroșu îndepărtat.
Laserele în cascadă interbandă combină avantajele laserelor cu diodă semiconductoare tradiționale și ale laserelor cu cascadă cuantică și au o densitate de putere de prag și o densitate de curent de prag mai scăzute decât laserele cu cascadă cuantică care acoperă, de asemenea, intervalul de lungimi de undă în infraroșu mijlociu, iar acest avantaj extrem de scăzut al consumului de energie este foarte important. în unele aplicații care necesită dispozitive portabile și alimentate cu baterie.
În prezent, piața globală a laserelor în cascadă interbandă este încă dominată de companii străine, iar piața internă se află încă în stadiul inițial de dezvoltare industrială. Cele două lucrări raportate în această lucrare semnifică faptul că Ruichuang Photonics a atins un nivel tehnic înalt în multiple aspecte ale proiectării epitaxiale și pregătirii dispozitivelor laserelor în cascadă interbandă și a devenit o întreprindere care a stăpânit tehnologia laserelor în cascadă interbandă de înaltă performanță. Această lucrare pune, de asemenea, o bază solidă pentru dezvoltarea și producția în masă a laserelor în cascadă interbandă DFB reglabile cu un singur mod.
