Kürzlich haben das Ruichuang Research Institute und das Ruichuang Photonics-Team wichtige Fortschritte bei der Erforschung von Interband-Kaskadenlasern (ICL) im mittleren Infrarotbereich erzielt. Das Team hat eine Reihe hochleistungsfähiger, bei Raumtemperatur kontinuierlich betriebener Interband-Kaskadenlaser mit mehreren Anregungswellenlängen realisiert und mit Molekularstrahlepitaxie kombiniert, um Interband-Kaskadenlasermaterialien auf InAs-Substraten wachsen zu lassen, und Geräte mit schmalen Stegen mit raum- Temperaturanregungswellenlängen nahe 4,6 μm. Die Anregungswellenlängen der Schmalrippengeräte bei Raumtemperatur liegen nahe bei 4,6 μm und 5,2 μm.
Es wird berichtet, dass die meisten Interband-Kaskadenlaser auf GaSb-Substraten wachsen, während die von Ruichuangs Team berichteten Interband-Kaskadenlaser auf InAs-Substraten wachsen, wobei die Wellenleiterumhüllung aus einem InAs/AlSb-Übergitter und einer hochdotierten InAs-Schicht besteht. Im Vergleich zu den üblichen GaSb-basierten Interband-Kaskadenlasern weisen die InAs-basierten Interbandlaser niedrigere Schwellenstromdichten bei längeren Wellenlängen (z. B. länger als 4,5 μm) auf.
(a) Kontinuierliche Anregungsspektren eines Geräts mit einer Wellenlänge von 4,6 μm, einer Hohlraumlänge von 2 mm und einer Stegbreite von 10 μm zwischen 20 Grad und 64 Grad;
(b) Kontinuierliche Strom-Spannungs-Leistungskurven desselben Geräts zwischen 20 Grad -64 Grad
Für den Interband-Kaskadenlaser bei 4,6 μm Wellenlänge beträgt die Pulsschwellenstromdichte des Breitkamm-Geräts bei Raumtemperatur 292 A/cm2; Das Schmalsteg-Gerät mit einer Hohlraumlänge von 2-mm und einer Stegbreite von 10-μm hat eine Dauerbetriebstemperatur von bis zu 64 Grad und eine Ausgangsleistung bei Raumtemperatur von 20 mW; Dies ist die höchste Dauerbetriebstemperatur, die bisher bei einer ähnlichen Wellenlänge gemeldet wurde. Für einen Interband-Kaskadenlaser mit einer Wellenlänge von 5,2 μm beträgt die Impulsschwellenstromdichte bei Raumtemperatur des Geräts mit breiten Stegen 306 A/cm2, während die des Geräts mit schmalen Stegen, einer Hohlraumlänge von 2 mm und einem Steg, 306 A/cm2 beträgt Eine Breite von 10 μm erreicht die maximale Dauerbetriebstemperatur von 41 Grad mit einer Ausgangsleistung bei Raumtemperatur von 10 mW, wobei die Schwellenstromdichte die niedrigste ist, die bei ähnlichen Wellenlängen berichtet wird.
Die zugehörigen Arbeiten „Hochtemperatur-Dauerstrichbetrieb eines InAs-basierten Interband-Kaskadenlasers“ (DOI: 10.1063/5.0171089) und „InAs-basierter Interband-Kaskadenlaser, der bei 5,17 μm im Dauerstrich über Raumtemperatur betrieben wird“ (10.1109/LPT. 2023.3335856), veröffentlicht in Applied Physics Letters bzw. IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Kontinuierliche Anregungsspektren eines Geräts mit einer Wellenlänge von 5,2 μm, einer Hohlraumlänge von 2 mm und einer Stegbreite von 10 μm zwischen 15 Grad und 41 Grad;
(b) Kontinuierliche Strom-Spannungs-Leistungskurven desselben Geräts zwischen 15 Grad und 41 Grad.
Der Interband-Kaskadenlaser basiert auf Energiebandtechnik und Quantenmechanik zur Erzeugung von Anregungen mit hohem technischen Inhalt und vielen Entwicklungsschwierigkeiten. Er stellt eine wichtige Verkörperung der nationalen Kerntechnologie von Nano- und Quantengeräten dar und wird jetzt als wichtiges Mittel aufgeführt -Infrarot-Laserquelle zusammen mit Quantenkaskadenlaser (QCL), der wichtige Anwendungen und Werte in Bereichen wie Umweltüberwachung, industrielle Steuerung, medizinische Diagnose und Freiraumkommunikation hat. Es hat einen wichtigen Anwendungswert und wissenschaftliche Bedeutung in den Bereichen Umweltüberwachung, industrielle Steuerung, medizinische Diagnose und Freiraumkommunikation.
Das ursprüngliche Konzept des Interband-Kaskadenlasers wurde erstmals 1994 von Prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) von der University of Oklahoma vorgeschlagen, und für den Aufbau wird im Wesentlichen das nahezu gitterangepasste Drei-Fünf-Materialsystem InAs/GaSb/AlSb verwendet Der größte Teil des aktiven Bereichs besteht aus InAs/GaInSb, zwei Arten von Quantentöpfen, die den Wellenlängenbereich vom mittleren bis zum fernen Infrarot abdecken können. Die Fähigkeit kann den Wellenlängenbereich vom mittleren bis zum fernen Infrarot abdecken.
Interband-Kaskadenlaser vereinen die Vorteile herkömmlicher Halbleiterdiodenlaser und Quantenkaskadenlaser und haben eine niedrigere Schwellenleistungsdichte und Schwellenstromdichte als Quantenkaskadenlaser, die auch den Wellenlängenbereich im mittleren Infrarot abdecken. Dieser Vorteil des extrem niedrigen Stromverbrauchs ist sehr wichtig in einigen Anwendungen, die tragbare und batteriebetriebene Geräte erfordern.
Derzeit wird der globale Markt für Interband-Kaskadenlaser noch von ausländischen Unternehmen dominiert, und der Inlandsmarkt befindet sich noch im Anfangsstadium der industriellen Entwicklung. Die beiden in diesem Artikel beschriebenen Arbeiten zeigen, dass Ruichuang Photonics in mehreren Aspekten des epitaktischen Designs und der Gerätevorbereitung von Interband-Kaskadenlasern ein hohes technisches Niveau erreicht hat und sich zu einem Unternehmen entwickelt hat, das die Technologie leistungsstarker Interband-Kaskadenlaser beherrscht. Diese Arbeit legt auch eine solide Grundlage für die Entwicklung und Massenproduktion von abstimmbaren Single-Mode-DFB-Interband-Kaskadenlasern.
