Vo vedeckej komunite je stredný-infračervený pás známy ako „oblasť molekulárnych odtlačkov prstov“, kde sa sústreďujú charakteristické prechody na úrovni vibrácií a rotácie väčšiny plynov znečisťujúcich látok a biomolekúl. Spektroskopické detekčné zariadenie postavené na QCL slúži ako základný hardvér pre environmentálne diaľkové snímanie, monitorovanie priemyselných plynov,-neinvazívnu lekársku diagnostiku a vysokorýchlostnú-voľnú{4}}priestorovú optickú komunikáciu. Tradičné stredné-infračervené QCL však už dlho čelia viacerým technologickým prekážkam. Bežné riešenia s nízkou spotrebou energie sa do značnej miery spoliehajú na komplexné semi-izolačné procesy InP (SI{10}}InP) laterálneho opätovného rastu, ktoré zahŕňajú nielen ťažkopádnu výrobu a nízke výnosy čipov, ale tiež výrazne zvyšujú celkové náklady. Okrem toho tieto zariadenia vo všeobecnosti trpia obmedzeným rozptylom tepla a trvalo vysokou spotrebou energie, čo sťažuje ich prispôsobenie požiadavkám prenosných a miniaturizovaných zariadení na detekciu poľa.
Na vyriešenie týchto problémov v tomto odvetví tím výskumníčky Meng Bo z CIOMP načrtol nový kurz inovatívnym návrhom vlnovodu QCL v tvare pohára-. Základná koncepcia dizajnu zahŕňa selektívne mokré-leptanie aktívnej oblasti tak, aby jej šírka bola výrazne menšia ako šírka hornej a dolnej vrstvy plášťa, čím sa vytvorí jedinečný prierezový profil-ako-ako pohár. Tento integrovaný dizajn súčasne rieši úzke miesta vo výrobe, prúdovom vstrekovaní a tepelnom manažmente. Po prvé, úplne eliminuje potrebu procesu laterálneho opätovného rastu SI-InP, čím sa drasticky znižuje prah pre hromadnú výrobu a výrobné náklady. Po druhé, zachovaná široká vrchná plášťová štruktúra zaisťuje rovnomerné vstrekovanie prúdu, čím sa zabraňuje lokalizovanému preťaženiu prúdu. Napokon, rozšírené InP opláštenie vytvára viacero dráh odvádzania tepla, čím účinne zmierňuje problém s tepelným odporom spôsobený tradičnými pasivačnými vrstvami SiO₂ a zásadne zlepšuje prevádzkovú stabilitu laserov pri vysokých{10}}teplotách.
Na overenie uskutočniteľnosti tohto návrhu výskumný tím vyrobil viac ako 50 zariadení QCL v tvare pohára{1}} rôznych veľkostí a vykonal systematické hodnotenia. Viaceré kľúčové indikátory dosiahli pokročilú úroveň medzi podobnými štruktúrami. V podmienkach izbovej teploty (293 K) dosiahlo zariadenie s rozmermi 1 mm × 3 μm prahovú spotrebu energie kontinuálnej-vlny (CW) približne 1 W, s pulznou prahovou spotrebou energie len 0,85 W. Výstupný výkon CW pri izbovej-teplote prekročil 27 mW, zatiaľ čo pri nízkej teplote dosahoval maximálny výstupný výkon 243 K a pulzný výkon 8 mm výkon zvýšený na 130 mW. Okrem toho zariadenie preukázalo vynikajúci výkon optoelektronickej konverzie a dosiahlo izbovú-teplotu pulzujúcu{18}}účinnosť zástrčky (WPE) 3,9 %, s komplexným výkonom zodpovedajúcim bežným heteroštruktúrnym produktom. Pokiaľ ide o spoľahlivosť, počas 25-hodinového neprerušovaného testu vysokovýkonnej prevádzky bolo kolísanie výstupného výkonu iba 1,9 mW, čo plne potvrdzuje výnimočnú tepelnú stabilitu a robustnosť konštrukcie.
Najužšie 2 μm-široké zariadenia dosiahli stabilný jednorežimový{2}}lasing v celom rozsahu dynamického prúdu s pomerom potlačenia bočného-režimu približne 20 dB, pričom nevyžadovali žiadne selektívne prvky pre vlnovú dĺžku-. Táto jedno-frekvenčná charakteristika ponúka nové poznatky pre integráciu jedno-strednofrekvenčných-zdrojov infračerveného svetla na-čip. Historicky boli vysokovýkonné{12}}stredne{13}}infračervené laserové čipy silne závislé od zahraničných produktov. Tento technologický prielom vyvažuje jednoduchosť procesu, nízku spotrebu energie a vysokú spoľahlivosť a poskytuje autonómnu technologickú cestu so silným potenciálom industrializácie. V budúcnosti sa očakáva, že toto riešenie svetelného zdroja výrazne urýchli lokalizovanú iteráciu ručných detektorov plynov,{16}}zariadení na monitorovanie životného prostredia namontovaných vo vozidlách a prenosných lekárskych spektrometrov a zároveň posilní špičkové{17}}polia, ako sú na-čipovej nelineárnej fotonike a diaľkové snímanie stopových plynov v atmosfére.
