Nylig har Ruichuang Research Institute og Ruichuang Photonics-teamet gjort viktige fremskritt i forskningen av mid-infrarød interband cascade laser (ICL). Teamet har realisert en serie høyytelses, romtemperatur kontinuerlig drift interbånd kaskadelasere med flere eksitasjonsbølgelengder, og kombinert med molekylærstråleepitaksi for å dyrke interband kaskade lasermaterialer på InAs substrater, og forberedt smalryggsenheter med rom- temperatureksitasjonsbølgelengder nær 4,6 μm. Romtemperatureksitasjonsbølgelengdene til enhetene med smale rygger er nær 4,6 μm og 5,2 μm.
Det er rapportert at de fleste interband-kaskadelasere dyrkes på GaSb-substrater, mens interband-kaskadelaserne som er rapportert av Ruichuangs team, dyrkes på InAs-substrater, med bølgelederkledningen bestående av et InAs/AlSb-supergitter og et høyt dopet InAs-lag. Sammenlignet med de vanlige GaSb-baserte interband-kaskadelaserne, har de InAs-baserte interbandlaserne lavere terskelstrømtettheter ved lengre bølgelengder (f.eks. lengre enn 4,5 μm).
(a) Kontinuerlige eksitasjonsspektra for en enhet med 4,6 μm bølgelengde, 2 mm hulromslengde og 10 μm ryggbredde mellom 20 grader og 64 grader;
(b) Kontinuerlige strøm-spenning-effektkurver for samme enhet mellom 20 grader -64 grader
For interband-kaskadelaseren ved 4,6 μm bølgelengde er romtemperaturpulsterskelstrømtettheten til bredryggenheten 292 A/cm2; den smale møne enheten med en 2-mm hulromslengde og en 10-μm mønebredde har en kontinuerlig driftstemperatur på opptil 64 grader og en romtemperatur utgangseffekt på 20 mW; dette er den høyeste kontinuerlige driftstemperaturen som er rapportert så langt ved en lignende bølgelengde. For en interband-kaskadelaser med en bølgelengde på 5,2 μm, er romtemperaturpulsterskelstrømtettheten til bredryggenheten 306 A/cm2, mens den for smalryggenheten med en hulromslengde på 2 mm og en rygg bredde på 10 μm når den maksimale kontinuerlige driftstemperaturen på 41 grader , med en romtemperatur utgangseffekt på 10 mW, hvor terskelstrømtettheten er den laveste rapporterte ved lignende bølgelengder.
Den relaterte artikkelen "Høytemperatur kontinuerlig bølgedrift av InAs-basert interband-kaskadelaser" (DOI: 10.1063/5.0171089) og "InAs-basert interband-kaskadelaser som opererer ved 5,17 μm i kontinuerlig bølge over romtemperatur" (10.1109/LPT. 2023.3335856) publisert i henholdsvis Applied Physics Letters og IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Kontinuerlige eksitasjonsspektra for en enhet med 5,2 μm bølgelengde, 2 mm hulromslengde og 10 μm ryggbredde mellom 15 grader og 41 grader;
(b) Kontinuerlige strøm-spenning-effektkurver for samme enhet mellom 15 grader og 41 grader.
Interband-kaskadelaseren er basert på energibåndteknikk og kvantemekanikk for å generere eksitasjon, med høyt teknisk innhold og mange utviklingsvansker, som er en viktig utførelsesform av den nasjonale kjerneteknologien til nano- og kvanteenheter, og er nå oppført som en viktig midten -infrarød laserkilde sammen med kvantekaskadelaser (QCL), som har viktige bruksområder og verdi innenfor felt som miljøovervåking, industriell kontroll, medisinsk diagnose og kommunikasjon med ledig plass. Den har viktig bruksverdi og vitenskapelig betydning innen miljøovervåking, industriell kontroll, medisinsk diagnose og kommunikasjon med ledig plass.
Det opprinnelige konseptet med interband-kaskadelaser ble først foreslått av prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) ved University of Oklahoma i 1994, og i utgangspunktet brukes det nesten gittertilpassede InAs/GaSb/AlSb tre-fem-materialsystemet til å konstruere det, og det meste av det aktive området er InAs/GaInSb to typer kvantebrønner, som kan dekke bølgelengdeområdet fra middels infrarødt til langt infrarødt. Evnen kan dekke bølgelengdeområdet fra middels infrarødt til langt infrarødt.
Interband-kaskadelasere kombinerer fordelene med tradisjonelle halvlederdiodelasere og kvantekaskadelasere, og har lavere terskeleffekttetthet og terskelstrømtetthet enn kvantekaskadelasere som også dekker det midt-infrarøde bølgelengdeområdet, og denne fordelen med ekstremt lavt strømforbruk er svært viktig. i noen applikasjoner som krever bærbare og batteridrevne enheter.
For tiden er det globale interband-kaskadelasermarkedet fortsatt dominert av utenlandske selskaper, og hjemmemarkedet er fortsatt i den innledende fasen av industriell utvikling. De to arbeidene som er rapportert i denne artikkelen, betyr at Ruichuang Photonics har nådd et høyt teknisk nivå i flere aspekter av epitaksial design og enhetsforberedelse av interband-kaskadelasere, og har blitt en bedrift som har mestret teknologien til høyytelses interband-kaskadelasere. Dette arbeidet legger også et solid grunnlag for utvikling og masseproduksjon av enkeltmodus avstembare DFB interband kaskadelasere.
