Onlangs hebben het Ruichuang Research Institute en het Ruichuang Photonics-team belangrijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar midden-infrarood interband cascadelaser (ICL). Het team heeft een reeks hoogwaardige, continu werkende interband cascadelasers bij kamertemperatuur met meerdere excitatiegolflengten gerealiseerd, en gecombineerd met moleculaire bundelepitaxie om interband cascadelasermaterialen op InAs-substraten te laten groeien, en apparaten met smalle rand voorbereid met kamer- temperatuurexcitatiegolflengten dichtbij 4,6 μm. De excitatiegolflengten bij kamertemperatuur van de apparaten met smalle rand liggen dichtbij 4,6 μm en 5,2 μm.
Er wordt gerapporteerd dat de meeste interband-cascadelasers worden gekweekt op GaSb-substraten, terwijl de door Ruichuang's team gerapporteerde interband-cascadelasers worden gekweekt op InAs-substraten, waarbij de golfgeleiderbekleding bestaat uit een InAs / AlSb-superrooster en een sterk gedoteerde InAs-laag. Vergeleken met de gebruikelijke op GaSb gebaseerde interbandcascadelasers hebben de op InAs gebaseerde interbandlasers lagere drempelstroomdichtheden bij langere golflengten (bijvoorbeeld langer dan 4,5 μm).
(a) Continue excitatiespectra van een apparaat met een golflengte van 4,6 μm, een holtelengte van 2 mm en een randbreedte van 10 μm tussen 20 graden en 64 graden;
(b) Continue stroom-spanning-vermogenscurven van hetzelfde apparaat tussen 20 graden -64 graden
Voor de interband cascadelaser met een golflengte van 4,6 μm bedraagt de stroomdichtheid van de pulsdrempel bij kamertemperatuur van het broad-ridge-apparaat 292 A/cm2; het apparaat met smalle rand met een holtelengte van 2- mm en een randbreedte van 10- μm heeft een continue bedrijfstemperatuur tot 64 graden en een uitgangsvermogen bij kamertemperatuur van 20 mW; dit is de hoogste continue bedrijfstemperatuur die tot nu toe is gerapporteerd bij een vergelijkbare golflengte. Voor een interband cascadelaser met een golflengte van 5,2 μm bedraagt de stroomdichtheid van de pulsdrempel bij kamertemperatuur van het apparaat met brede rand 306 A/cm2, terwijl die van het apparaat met smalle rand met een holtelengte van 2 mm en een rand breedte van 10 μm bereikt de maximale continue bedrijfstemperatuur van 41 graden, met een uitgangsvermogen bij kamertemperatuur van 10 mW, waarbij de drempelstroomdichtheid het laagst is gerapporteerd bij vergelijkbare golflengten.
Het gerelateerde artikel "Hoge temperatuur continue golfwerking van InAs-gebaseerde interband cascadelaser" (DOI: 10.1063/5.0171089) en "InAs-gebaseerde interband cascadelaser die werkt bij 5,17 μm in continue golf boven kamertemperatuur" (10.1109/LPT. 2023.3335856) gepubliceerd in respectievelijk Applied Physics Letters en IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Continue excitatiespectra van een apparaat met een golflengte van 5,2 μm, een holtelengte van 2 mm en een randbreedte van 10 μm tussen 15 graden en 41 graden;
(b) Continue stroom-spanning-vermogenscurven van hetzelfde apparaat tussen 15 graden en 41 graden.
De interbandcascadelaser is gebaseerd op energiebandtechniek en kwantummechanica om excitatie te genereren, met een hoge technische inhoud en veel ontwikkelingsproblemen, wat een belangrijke belichaming is van de nationale kerntechnologie van nano- en kwantumapparaten, en nu wordt vermeld als een belangrijk middensegment. -infraroodlaserbron samen met kwantumcascadelaser (QCL), die belangrijke toepassingen en waarde heeft op gebieden als milieumonitoring, industriële controle, medische diagnose en communicatie in de vrije ruimte. Het heeft een belangrijke toepassingswaarde en wetenschappelijke betekenis op het gebied van milieumonitoring, industriële controle, medische diagnose en communicatie in de vrije ruimte.
Het oorspronkelijke concept van interband cascadelaser werd voor het eerst voorgesteld door prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) van de Universiteit van Oklahoma in 1994, en in feite wordt het bijna op rooster afgestemde InAs/GaSb/AlSb drie-vijf materiaalsysteem gebruikt om het, en het grootste deel van het actieve gebied bestaat uit InAs/GaInSb, twee soorten kwantumputten, die het golflengtebereik van midden-infrarood tot ver-infrarood kunnen bestrijken. De mogelijkheid kan het golflengtebereik bestrijken van midden-infrarood tot ver-infrarood.
Interbandcascadelasers combineren de voordelen van traditionele halfgeleiderdiodelasers en kwantumcascadelasers, en hebben een lagere drempelvermogensdichtheid en drempelstroomdichtheid dan kwantumcascadelasers die ook het midden-infrarode golflengtebereik bestrijken, en dit extreem lage energieverbruikvoordeel is erg belangrijk in sommige toepassingen waarvoor draagbare apparaten en apparaten op batterijen nodig zijn.
Momenteel wordt de mondiale interband-cascadelasermarkt nog steeds gedomineerd door buitenlandse bedrijven, en bevindt de binnenlandse markt zich nog in de beginfase van industriële ontwikkeling. De twee werken die in dit artikel worden gerapporteerd, geven aan dat Ruichuang Photonics een hoog technisch niveau heeft bereikt in meerdere aspecten van epitaxiaal ontwerp en apparaatvoorbereiding van interband cascadelasers, en een onderneming is geworden die de technologie van hoogwaardige interband cascadelasers onder de knie heeft. Dit werk legt ook een solide basis voor de ontwikkeling en massaproductie van single-mode afstembare DFB interband cascadelasers.
