Výskumný ústav Ruichuang a tím Ruichuang Photonics nedávno dosiahli významný pokrok vo výskume stredno-infračerveného medzipásmového kaskádového lasera (ICL). Tím zrealizoval sériu vysokovýkonných medzipásmových kaskádových laserov s nepretržitou prevádzkou pri izbovej teplote s viacerými excitačnými vlnovými dĺžkami a v kombinácii s epitaxiou molekulárneho lúča na pestovanie medzipásmových kaskádových laserových materiálov na substrátoch InAs a pripravil zariadenia s úzkym hrebeňom s izbovým- vlnové dĺžky excitácie teploty blízke 4,6 μm. Vlnové dĺžky excitácie pri izbovej teplote zariadení s úzkym hrebeňom sú blízke 4,6 μm a 5,2 μm.
Uvádza sa, že väčšina medzipásmových kaskádových laserov sa pestuje na substrátoch GaSb, zatiaľ čo medzipásmové kaskádové lasery uvádzané tímom Ruichuanga sa pestujú na substrátoch InAs, pričom plášť vlnovodu pozostáva zo supermriežky InAs / AlSb a vysoko dotovanej vrstvy InAs. V porovnaní s bežnými medzipásmovými kaskádovými lasermi na báze GaSb majú medzipásmové lasery na báze InAs nižšie prahové prúdové hustoty pri dlhších vlnových dĺžkach (napr. dlhšie ako 4,5 μm).
a) kontinuálne excitačné spektrá zariadenia s vlnovou dĺžkou 4,6 μm, dĺžkou dutiny 2 mm a šírkou hrebeňa 10 μm medzi 20 stupňami a 64 stupňami;
(b) Priebežné krivky prúd-napätie-výkon toho istého zariadenia medzi 20 stupňami -64 stupňami
Pre medzipásmový kaskádový laser s vlnovou dĺžkou 4,6 μm je prahová prúdová hustota impulzu pri izbovej teplote zariadenia so širokým hrebeňom 292 A/cm2; zariadenie s úzkym hrebeňom s dĺžkou dutiny 2- mm a šírkou hrebeňa 10- μm má nepretržitú prevádzkovú teplotu až 64 stupňov a výstupný výkon pri izbovej teplote 20 mW; toto je doteraz najvyššia nepretržitá prevádzková teplota pri podobnej vlnovej dĺžke. Pre medzipásmový kaskádový laser s vlnovou dĺžkou 5,2 μm je prahová prúdová hustota impulzu pri izbovej teplote širokopásmového zariadenia 306 A/cm2, zatiaľ čo prúdová hustota zariadenia s úzkym hrebeňom s dĺžkou dutiny 2 mm a hrebeňom šírka 10 μm dosahuje maximálnu nepretržitú prevádzkovú teplotu 41 stupňov s výstupným výkonom pri izbovej teplote 10 mW, kde je prahová prúdová hustota najnižšia uvádzaná pri podobných vlnových dĺžkach.
Súvisiaci článok „Vysokoteplotná nepretržitá prevádzka medzipásmového kaskádového lasera na báze InAs“ (DOI: 10.1063/5.0171089) a „medzipásmový kaskádový laser založený na InAs pracujúci pri 5,17 μm v spojitej vlne nad izbovou teplotou“ (10.1109/LPT. 2023.3335856) uverejnené v Applied Physics Letters a IEEE Photonics Technology Letters.
a) kontinuálne excitačné spektrá zariadenia s vlnovou dĺžkou 5,2 μm, dĺžkou dutiny 2 mm a šírkou hrebeňa 10 μm medzi 15 stupňami a 41 stupňami;
(b) Krivky spojitého prúdu-napätia-výkonu toho istého zariadenia medzi 15 stupňami a 41 stupňami.
Medzipásmový kaskádový laser je založený na inžinierstve energetických pásov a kvantovej mechanike na generovanie excitácie s vysokým technickým obsahom a mnohými ťažkosťami pri vývoji, čo je dôležitým stelesnením národnej základnej technológie nano a kvantových zariadení a teraz je uvedený ako dôležitý stred. - infračervený laserový zdroj spolu s kvantovým kaskádovým laserom (QCL), ktorý má dôležité aplikácie a hodnotu v oblastiach, ako je monitorovanie životného prostredia, priemyselná kontrola, lekárska diagnostika a komunikácia vo voľnom priestore. Má dôležitú aplikačnú hodnotu a vedecký význam v oblasti monitorovania životného prostredia, priemyselnej kontroly, lekárskej diagnostiky a komunikácie vo voľnom priestore.
Pôvodný koncept medzipásmového kaskádového lasera bol prvýkrát navrhnutý prof. Ruiqingom Yangom (Rui Q. Yang) z University of Oklahoma v roku 1994 a na konštrukciu sa v podstate používa takmer mriežkový systém InAs/GaSb/AlSb s tromi piatimi materiálmi. to a väčšina aktívnej oblasti sú InAs/GaInSb dva typy kvantových vrtov, ktoré môžu pokryť rozsah vlnových dĺžok od strednej infračervenej po ďalekú infračervenú. Schopnosť môže pokryť rozsah vlnových dĺžok od strednej až po vzdialenú infračervenú.
Medzipásmové kaskádové lasery kombinujú výhody tradičných polovodičových diódových laserov a kvantových kaskádových laserov a majú nižšiu prahovú hustotu výkonu a prahovú prúdovú hustotu ako kvantové kaskádové lasery, ktoré pokrývajú aj stredný infračervený rozsah vlnových dĺžok, a táto výhoda extrémne nízkej spotreby energie je veľmi dôležitá. v niektorých aplikáciách, ktoré vyžadujú prenosné a batériovo napájané zariadenia.
V súčasnosti na svetovom trhu medzipásmových kaskádových laserov stále dominujú zahraničné spoločnosti a domáci trh je stále v počiatočnom štádiu priemyselného rozvoja. Dve práce uvedené v tomto dokumente znamenajú, že spoločnosť Ruichuang Photonics dosiahla vysokú technickú úroveň vo viacerých aspektoch epitaxného dizajnu a prípravy zariadení medzipásmových kaskádových laserov a stala sa podnikom, ktorý zvládol technológiu vysokovýkonných medzipásmových kaskádových laserov. Táto práca tiež kladie pevný základ pre vývoj a masovú výrobu jednorežimových laditeľných medzipásmových kaskádových laserov DFB.
