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    筱曉光子小科普①——中紅外量子級聯激光器 2021-07-05

    一、量子級聯激光器



       1)介紹:   



    量子級聯激光器(Quantum Cascade Laser)是一種能夠發射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室哲羅姆·菲斯特、費德里科·卡帕索等人于1994年率先實現。




       2)工作原理:   



    量子級聯激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同,它打破了傳統p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制,其發光波長由半導體能隙來決定。

    QCL受激輻射過程只有電子參與,其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態之間產生粒子數反轉,從而實現單電子注入的多光子輸出,并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發光波長。

    量子級聯激光器比其它激光器的優勢在于它的級聯過程,電子從高能級跳躍到低能級過程中,不但沒有損失,還可以注入到下一個過程再次發光。這個級聯過程使這些電子 “循環”起來,從而造就了一種令人驚嘆的激光器。


    3)結構:   




    微信圖片_20210705161121.jpg




       FP-QCL   




    微信圖片_20210705161157.jpg


       DFB-QCL   







    微信圖片_20210705161232.jpg





       ECqcl   





    增益介質顯示為灰色,波長選擇機制為藍色,鍍膜面為橙色,輸出光束為紅色。



    第一種結構簡單的結構是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P結構中,切割面為激光提供反饋,有時也使用介質膜以優化輸出。

    第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構(DFB-QCL)可以輸出較窄的光譜,但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過大范圍的溫度調諧,DFB-QCL還可以提供有限的波長調諧(通過緩慢的溫度調諧獲得10~20cm-1的調諧范圍,或者通過快速注入電流加熱調諧獲得2~3cm-1的范圍)

    第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來,形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出,又可以在QC芯片整個增益帶寬上(數百cm-1)提供快調諧(速度超過10ms)。由于ECqcL結構使用低損耗元件,因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。




       4)優勢及應用:   



    量子級聯激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優勢:

    ① 可以提供超寬的光譜范圍(mid IR to THz)。

    ② 極好的波長可調諧性。

    ③ 很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環境下。

    量子級聯激光器目前主要的用途是氣體檢測和紅外對抗。氣體檢測領域主要優勢是探測精度高,體積小,便攜性強。





    二、筱曉光子的DFB-QCL激光器


    微信圖片_20210705161325.jpg



    我們的QCL激光器波長在4um-10um之間。低功耗光譜純正線寬窄,是目前全世界優秀一款低功耗的QCL-DFB激光器。




       QCL5260–5.26um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器   


       介紹:   


    QCL5260 – 5.26um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器是筱曉2018上半年開發出的國內首臺超低功耗的QCL DFB激光.超過100nm的可調諧范圍,輸出功率大于40mw滿足客戶測試氣體傳感等工業需求。我們的激光器輸出功率穩定,溫度波長穩定性極高比傳統大功耗的量子級聯激光器的穩定性高出好幾個數量級。為我們中紅外測試的客戶提供了極佳的測試光源。




       1)產品特點:   


     低功耗,高功率

     窄線寬

     結構緊湊

     軟件智能控制

     內置FPGA


       2)QCL激光器特征曲線(5.26um典型波長為例)輸出功率特征曲線:   


    微信圖片_20210705161417.jpg


       3)激光光譜(連續)激光器在10℃工作:   



    微信圖片_20210705161455.png



    微信圖片_20210705161523.jpg


       4)光斑分析:   


    微信圖片_20210705161558.jpg



       5)QCL激光器功率穩定性測試曲線:   


    微信圖片_20210705161624.png


       6)產品應用:   




    ● TDLAS NO高精度痕量分析


    ●  中紅外測試光源


    ● 中紅外器件分析






       三,Microphotons QCL激光器優勢:   




    1)發光效率高,在常溫下25℃就可以發光。對手產品需要制冷至-20℃才可以發光。


    2)功耗低驅動電流小跟普通DFB激光器一樣具有類型的驅動電流大小,只是驅動電壓會稍微高一些。










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