เมื่อเร็วๆ นี้ สถาบันวิจัย Ruichuang และทีม Ruichuang Photonics มีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยเลเซอร์คาสเคดเลเซอร์ (ICL) ระหว่างความถี่อินฟราเรดกลาง ทีมงานได้ตระหนักถึงชุดของเลเซอร์น้ำตกแบบต่อเนื่องระหว่างแถบความถี่ที่ทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้องที่มีความยาวคลื่นกระตุ้นหลายแบบ และรวมกับ epitaxy ลำแสงโมเลกุลเพื่อสร้างวัสดุเลเซอร์แบบน้ำตกระหว่างแถบความถี่บนพื้นผิว InAs และเตรียมอุปกรณ์สันเขาแคบที่มีห้อง- ความยาวคลื่นกระตุ้นอุณหภูมิใกล้กับ 4.6 μm ความยาวคลื่นกระตุ้นอุณหภูมิห้องของอุปกรณ์สันแคบนั้นอยู่ใกล้กับ4.6μmและ5.2μm
มีรายงานว่าเลเซอร์คาสเคดระหว่างวงส่วนใหญ่จะปลูกบนพื้นผิว GaSb ในขณะที่เลเซอร์คาสเคดระหว่างวงที่รายงานโดยทีมงานของ Ruichuang นั้นเติบโตบนพื้นผิว InAs โดยมีการหุ้มท่อนำคลื่นประกอบด้วย superlattice InAs / AlSb และชั้น InAs ที่เจือปนสูง เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบที่ใช้ GaSb ทั่วไป เลเซอร์ระหว่างแถบที่ใช้ InAs มีความหนาแน่นกระแสตามเกณฑ์ต่ำกว่าที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (เช่น ยาวกว่า 4.5 μm)
(a) สเปกตรัมการกระตุ้นอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์ที่มีความยาวคลื่น 4.6 μm, ความยาวช่อง 2 มม. และความกว้างของสัน 10 μm ระหว่าง 20 องศาถึง 64 องศา
(b) เส้นโค้งกระแส-แรงดัน-กำลังต่อเนื่องของอุปกรณ์เดียวกันระหว่าง 20 องศา -64 องศา
สำหรับเลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ที่ความยาวคลื่น 4.6 μm ความหนาแน่นกระแสกระแสพัลส์ที่อุณหภูมิห้องของอุปกรณ์แนวกว้างคือ 292 A / cm2; อุปกรณ์สันแคบที่มีความยาวโพรง 2- มม. และความกว้างสัน 10- μm มีอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องสูงถึง 64 องศา และกำลังเอาต์พุตอุณหภูมิห้อง 20 mW; นี่คืออุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องสูงสุดที่รายงานจนถึงขณะนี้ที่ความยาวคลื่นใกล้เคียงกัน สำหรับเลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ที่ความยาวคลื่น 5.2 μm ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าตามเกณฑ์พัลส์อุณหภูมิห้องของอุปกรณ์แนวกว้างคือ 306 A/cm2 ในขณะที่ความหนาแน่นกระแสของอุปกรณ์สันแคบที่มีความยาวช่อง 2 มม. และสัน ความกว้าง 10 μm ไปถึงอุณหภูมิการทำงานต่อเนื่องสูงสุดที่ 41 องศา โดยมีกำลังเอาต์พุตอุณหภูมิห้อง 10 mW โดยที่ความหนาแน่นกระแสตามเกณฑ์เป็นค่าต่ำสุดที่รายงานที่ความยาวคลื่นใกล้เคียงกัน
บทความที่เกี่ยวข้อง "การทำงานของเลเซอร์คาสเคดต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูงของ InAs-based interband cascade laser " (DOI: 10.1063/5.0171089) และ "InAs-based interband cascade laser ทำงานที่ 5.17 μm ในคลื่นต่อเนื่องเหนืออุณหภูมิห้อง" (10.1109/LPT. 2023.3335856) ตีพิมพ์ใน Applied Physics Letters และ IEEE Photonics Technology Letters ตามลำดับ
(a) สเปกตรัมการกระตุ้นอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์ที่มีความยาวคลื่น 5.2 μm, ความยาวช่อง 2 มม. และความกว้างของสัน 10 μm ระหว่าง 15 องศาถึง 41 องศา
(ข) เส้นโค้งกระแส-แรงดัน-กำลังต่อเนื่องของอุปกรณ์เดียวกันระหว่าง 15 องศา ถึง 41 องศา
เลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ขึ้นอยู่กับวิศวกรรมแถบพลังงานและกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อสร้างการกระตุ้น โดยมีเนื้อหาทางเทคนิคระดับสูงและความยากลำบากในการพัฒนามากมาย ซึ่งเป็นศูนย์รวมที่สำคัญของเทคโนโลยีหลักระดับชาติของอุปกรณ์นาโนและควอนตัม และปัจจุบันถูกระบุว่าเป็นเลเซอร์ระดับกลางที่สำคัญ -แหล่งกำเนิดเลเซอร์อินฟราเรดร่วมกับเลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCL) ซึ่งมีการใช้งานที่สำคัญและมีคุณค่าในด้านต่างๆ เช่น การตรวจสอบสภาพแวดล้อม การควบคุมทางอุตสาหกรรม การวินิจฉัยทางการแพทย์ และการสื่อสารในพื้นที่ว่าง โดยมีคุณค่าในการใช้งานที่สำคัญและมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ในด้านการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม การควบคุมทางอุตสาหกรรม การวินิจฉัยทางการแพทย์ และการสื่อสารในพื้นที่ว่าง
แนวคิดดั้งเดิมของเลเซอร์แบบเรียงซ้อนระหว่างแถบความถี่ถูกเสนอครั้งแรกโดยศาสตราจารย์ Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) แห่งมหาวิทยาลัยโอคลาโฮมาในปี 1994 และโดยพื้นฐานแล้วระบบวัสดุสามในห้า InAs/GaSb/AlSb ที่จับคู่ด้วยตาข่ายใกล้เคียงกันถูกนำมาใช้ในการสร้าง และพื้นที่แอคทีฟส่วนใหญ่เป็นหลุมควอนตัม InAs/GaInSb สองประเภท ซึ่งสามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่อินฟราเรดตอนกลางไปจนถึงอินฟราเรดไกล ความสามารถนี้สามารถครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่อินฟราเรดตอนกลางไปจนถึงอินฟราเรดไกล
เลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่รวมข้อดีของเลเซอร์ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมและเลเซอร์ควอนตัมคาสเคด และมีความหนาแน่นของพลังงานตามเกณฑ์ต่ำกว่าและความหนาแน่นกระแสตามเกณฑ์ต่ำกว่าเลเซอร์ควอนตัมคาสเคดซึ่งครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดกลางด้วย และข้อได้เปรียบในการใช้พลังงานที่ต่ำมากนี้มีความสำคัญมาก ในบางแอพพลิเคชั่นที่ต้องใช้อุปกรณ์พกพาและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
ปัจจุบันตลาดเลเซอร์น้ำตกระหว่างวงทั่วโลกยังคงถูกครอบงำโดย บริษัท ต่างประเทศและตลาดในประเทศยังอยู่ในช่วงเริ่มแรกของการพัฒนาอุตสาหกรรม ผลงานสองชิ้นที่รายงานในเอกสารนี้แสดงให้เห็นว่า Ruichuang Photonics ก้าวมาถึงระดับทางเทคนิคขั้นสูงในหลายแง่มุมของการออกแบบ epitaxis และการเตรียมอุปกรณ์ของเลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ และได้กลายเป็นองค์กรที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีของเลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ที่มีประสิทธิภาพสูง งานนี้ยังวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาและการผลิตจำนวนมากของเลเซอร์คาสเคดอินเตอร์แบนด์ DFB ที่ปรับแต่งได้โหมดเดียว
