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量子級聯(lián)激光器的工作原理

來源:筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司   2021年11月30日 15:17  
  量子級聯(lián)激光器是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠(yuǎn)紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器。是基于半導(dǎo)體耦合量子阱子帶(一般為導(dǎo)帶)間的電子躍遷所產(chǎn)生的一種單極性光源。量子指的是通過調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距,實現(xiàn)對波長的“裁剪”,另外也指器件的尺寸較小。級聯(lián)的意思是有源區(qū)中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入,一級接一級串聯(lián)在一起。激光器是指產(chǎn)生特定波長的光源。
  量子級聯(lián)激光器是一種多層的量子阱結(jié)構(gòu),每一層結(jié)構(gòu)包括一個注入?yún)^(qū)和一個激發(fā)區(qū),其中激發(fā)區(qū)為三個耦合量子阱。這種激光器的光子產(chǎn)生依賴于電子能級在耦合量子阱中的臺階分布。當(dāng)電子從一個高能級量子阱躍遷入另一個低能級量子阱中時將產(chǎn)生一個光子。從發(fā)光機(jī)理上看,這是一種新型激光器,因為其并不像普通激光二極管那樣依賴電子與空穴的符合產(chǎn)生光子。
  與傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器不同,量子級聯(lián)激光器是一種單極型激光器,只依賴一種載流子。在有外加電場的情況下,利用電子量子隧穿通過由一組耦合量子阱構(gòu)成的注入?yún)^(qū),到達(dá)由另一組耦合量子阱構(gòu)成的有源區(qū),導(dǎo)帶激發(fā)態(tài)子能級電子共振躍遷到基態(tài)釋放能量,發(fā)射光子并隧穿到下一級,成為下一級相似結(jié)構(gòu)的注入電子。
  量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬,可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細(xì)結(jié)構(gòu),因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測方法,而且系統(tǒng)中不需要分光器件,可以通過調(diào)諧QCL的波長,就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。

 

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