中红外量子级联激光器 - 筱晓光子小科普①

一、量子级联激光器

   1）介绍:   

量子级联激光器（Quantum Cascade Laser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室哲罗姆·菲斯特、费德里科·卡帕索等人于1994年率先实现。

   2）工作原理:   

量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定。

QCL受激辐射过程只有电子参与，其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转，从而实现单电子注入的多光子输出，并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。

量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程，电子从高能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子 “循环”起来，从而造就了一种令人惊叹的激光器。

3）结构:   

   FP-QCL   

   DFB-QCL   

   ECqcl   

增益介质显示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。

第一种结构简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。

第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注入电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）

第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。

   4）优势及应用:   

量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势：

① 可以提供超宽的光谱范围（mid IR to THz）。

② 极好的波长可调谐性。

③ 很高的输出功率，同时也可以工作在室温环境下。

量子级联激光器目前主要的用途是气体检测和红外对抗。气体检测领域主要优势是探测精度高，体积小，便携性强。

二、筱晓光子的DFB-QCL激光器

我们的QCL激光器波长在4um-10um之间。低功耗光谱纯正线宽窄，是目前全世界优秀一款低功耗的QCL-DFB激光器。

   QCL5260–5.26um低功耗台式DFB-QCL中红外量子级联激光器   

   介绍:   

QCL5260 – 5.26um低功耗台式DFB-QCL中红外量子级联激光器是筱晓2018上半年开发出的国内首台超低功耗的QCL DFB激光.超过100nm的可调谐范围，输出功率大于40mw满足客户测试气体传感等工业需求。我们的激光器输出功率稳定，温度波长稳定性极高比传统大功耗的量子级联激光器的稳定性高出好几个数量级。为我们中红外测试的客户提供了极佳的测试光源。

   1）产品特点:   

● 低功耗，高功率

● 窄线宽

● 结构紧凑

● 软件智能控制

● 内置FPGA

   2）QCL激光器特征曲线（5.26um典型波长为例）输出功率特征曲线:   

   3）激光光谱(连续)激光器在10℃工作:   

   4）光斑分析:   

   5）QCL激光器功率稳定性测试曲线:   

   6）产品应用:   

● TDLAS NO高精度痕量分析

●  中红外测试光源

● 中红外器件分析

   三，Microphotons QCL激光器优势:   

1）发光效率高，在常温下25℃就可以发光。对手产品需要制冷至-20℃才可以发光。

2）功耗低驱动电流小跟普通DFB激光器一样具有类型的驱动电流大小，只是驱动电压会稍微高一些。