Pred kratkim sta raziskovalni inštitut Ruichuang in ekipa Ruichuang Photonics dosegla pomemben napredek pri raziskavah medpasovnega kaskadnega laserja srednjega infrardečega spektra (ICL). Ekipa je realizirala serijo visoko zmogljivih medpasovnih kaskadnih laserjev z neprekinjenim delovanjem pri sobni temperaturi z več valovnimi dolžinami vzbujanja in v kombinaciji z epitaksijo z molekularnim žarkom za gojenje medpasovnih kaskadnih laserskih materialov na substratih InAs ter pripravila naprave z ozkim grebenom s prostorsko valovne dolžine temperaturnega vzbujanja blizu 4,6 μm. Valovne dolžine vzbujanja sobne temperature naprav z ozkim grebenom so blizu 4,6 μm in 5,2 μm.
Poroča se, da je večina medpasovnih kaskadnih laserjev gojenih na substratih GaSb, medtem ko so medpasovni kaskadni laserji, o katerih poroča Ruichuangova ekipa, gojeni na substratih InAs, pri čemer je valovodna obloga sestavljena iz supermreže InAs/AlSb in visoko dopirane plasti InAs. V primerjavi z običajnimi medpasovnimi kaskadnimi laserji na osnovi GaSb imajo medpasovni laserji na osnovi InAs nižjo mejno gostoto toka pri daljših valovnih dolžinah (npr. daljših od 4,5 μm).
(a) Spektri zveznega vzbujanja naprave z valovno dolžino 4,6 μm, dolžino votline 2 mm in širino grebena 10 μm med 20 stopinjami in 64 stopinjami;
(b) Neprekinjene krivulje tok-napetost-moč iste naprave med 20 stopinjami -64 stopinj
Za medpasovni kaskadni laser pri valovni dolžini 4,6 μm je gostota tokovnega praga impulza pri sobni temperaturi naprave s širokim grebenom 292 A/cm2; naprava z ozkim grebenom z dolžino votline 2- mm in širino grebena 10- μm ima stalno delovno temperaturo do 64 stopinj in izhodno moč pri sobni temperaturi 20 mW; to je do sedaj najvišja neprekinjena delovna temperatura pri podobni valovni dolžini. Za medpasovni kaskadni laser pri valovni dolžini 5,2 μm je gostota impulznega praga pri sobni temperaturi naprave s širokim grebenom 306 A/cm2, medtem ko je pri napravi z ozkim grebenom z dolžino votline 2 mm in grebenom širine 10 μm doseže najvišjo neprekinjeno delovno temperaturo 41 stopinj , z izhodno močjo pri sobni temperaturi 10 mW, kjer je gostota praga toka najnižja, zabeležena pri podobnih valovnih dolžinah.
Sorodni članek »Visokotemperaturno neprekinjeno delovanje medpasovnega kaskadnega laserja na osnovi InAs« (DOI: 10.1063/5.0171089) in »InAs-osnovano medpasovno kaskadno delovanje pri 5,17 μm v neprekinjenem valu nad sobno temperaturo« (10.1109/LPT. 2023.3335856), objavljeno v Applied Physics Letters oziroma IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Spektri zveznega vzbujanja naprave z valovno dolžino 5,2 μm, dolžino votline 2 mm in širino grebena 10 μm med 15 stopinjami in 41 stopinjami;
(b) Neprekinjene krivulje tok-napetost-moč iste naprave med 15 stopinjami in 41 stopinjami.
Medpasovni kaskadni laser temelji na inženiringu energijskih pasov in kvantni mehaniki za ustvarjanje vzbujanja, z visoko tehnično vsebino in številnimi razvojnimi težavami, kar je pomembna utelešenje nacionalne jedrne tehnologije nano in kvantnih naprav in je zdaj naveden kot pomemben srednji - infrardeči laserski vir skupaj s kvantnim kaskadnim laserjem (QCL), ki ima pomembne aplikacije in vrednost na področjih, kot so spremljanje okolja, industrijski nadzor, medicinska diagnostika in komunikacija v prostem prostoru. Ima pomembno uporabno vrednost in znanstveni pomen na področjih spremljanja okolja, industrijskega nadzora, medicinske diagnoze in komunikacije v prostem prostoru.
Izvirni koncept medpasovnega kaskadnega laserja je leta 1994 prvič predlagal prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) z Univerze v Oklahomi, v bistvu pa se za izdelavo uporablja sistem tri-pet materialov InAs/GaSb/AlSb, ki se skoraj ujema z mrežo. in večina aktivnega območja sta InAs/GaInSb dve vrsti kvantnih vrtin, ki lahko pokrivata obseg valovnih dolžin od srednje infrardeče do daljne infrardeče. Zmogljivost lahko pokriva obseg valovnih dolžin od srednje infrardeče do daljne infrardeče.
Medpasovni kaskadni laserji združujejo prednosti tradicionalnih polprevodniških diodnih laserjev in kvantnih kaskadnih laserjev ter imajo nižjo pragovno gostoto moči in pragovno gostoto toka kot kvantni kaskadni laserji, ki pokrivajo tudi srednje infrardeče valovne dolžine, in ta izjemno nizka prednost porabe energije je zelo pomembna v nekaterih aplikacijah, ki zahtevajo prenosne naprave in naprave z baterijskim napajanjem.
Trenutno na svetovnem trgu medpasovnih kaskadnih laserjev še vedno prevladujejo tuja podjetja, domači trg pa je še vedno v začetni fazi industrijskega razvoja. Dve deli, o katerih poroča ta članek, pomenita, da je Ruichuang Photonics dosegel visoko tehnično raven v številnih vidikih epitaksialne zasnove in priprave naprav za medpasovne kaskadne laserje in je postal podjetje, ki je obvladalo tehnologijo visoko zmogljivih medpasovnih kaskadnih laserjev. To delo postavlja tudi trdne temelje za razvoj in množično proizvodnjo enomodnih nastavljivih medpasovnih kaskadnih laserjev DFB.
