Nyligen har Ruichuang Research Institute och Ruichuang Photonics-team gjort viktiga framsteg i forskningen om mellaninfraröd interbandskaskadlaser (ICL). Teamet har realiserat en serie högpresterande, kontinuerlig drift interbandskaskadlasrar i rumstemperatur med flera excitationsvåglängder, och kombinerat med molekylär strålepitaxi för att odla interbandskaskadlasermaterial på InAs-substrat, och förberett enheter med smal kam med rums- temperaturexcitationsvåglängder nära 4,6 μm. Rumstemperaturens excitationsvåglängder för de smala kamanordningarna är nära 4,6 μm och 5,2 μm.
Det rapporteras att de flesta interbandskaskadlasrar odlas på GaSb-substrat, medan interbandskaskadlasrarna som rapporterats av Ruichuangs team odlas på InAs-substrat, med vågledarbeklädnaden bestående av ett InAs/AlSb-supergitter och ett högdopat InAs-skikt. Jämfört med de vanliga GaSb-baserade interbandskaskadlasrarna har de InAs-baserade interbandslasrarna lägre tröskelströmtätheter vid längre våglängder (t.ex. längre än 4,5 μm).
(a) Kontinuerliga excitationsspektra för en enhet med 4,6 μm våglängd, 2 mm kavitetslängd och 10 μm åsbredd mellan 20 grader och 64 grader;
(b) Kontinuerliga ström-spänning-effektkurvor för samma enhet mellan 20 grader -64 grader
För interbandskaskadlasern vid en våglängd på 4,6 μm är strömtätheten för rumstemperaturpulströskelström hos bredryggsanordningen 292 A/cm2; den smala kamanordningen med en 2-mm kavitetslängd och en 10-μm nockbredd har en kontinuerlig driftstemperatur på upp till 64 grader och en uteffekt vid rumstemperatur på 20 mW; detta är den högsta kontinuerliga drifttemperaturen som hittills rapporterats vid en liknande våglängd. För en interbandskaskadlaser med en våglängd på 5,2 μm är strömtätheten för rumstemperaturpulströskelströmmen för den breda kamanordningen 306 A/cm2, medan den för den smala kamanordningen med en kavitetslängd på 2 mm och en kam bredd på 10 μm når den maximala kontinuerliga drifttemperaturen på 41 grader , med en rumstemperatur uteffekt på 10 mW, där tröskelströmtätheten är den lägsta som rapporterats vid liknande våglängder.
Den relaterade artikeln "Högtemperatur kontinuerlig vågdrift av InAs-baserad interbandskaskadlaser" (DOI: 10.1063/5.0171089) och "InAs-baserad interbandskaskadlaser som arbetar vid 5,17 μm i kontinuerlig våg över rumstemperatur" (10.1109/LPT. 2023.3335856) publicerad i Applied Physics Letters respektive IEEE Photonics Technology Letters.
(a) Kontinuerliga excitationsspektra för en enhet med 5,2 μm våglängd, 2 mm kavitetslängd och 10 μm åsbredd mellan 15 grader och 41 grader;
(b) Kontinuerliga ström-spänning-effektkurvor för samma enhet mellan 15 grader och 41 grader.
Interbandskaskadlasern är baserad på energibandsteknik och kvantmekanik för att generera excitation, med högt tekniskt innehåll och många utvecklingssvårigheter, vilket är en viktig utföringsform av den nationella kärnteknologin för nano- och kvantenheter, och nu listas som en viktig mitten av -infraröd laserkälla tillsammans med kvantkaskadlaser (QCL), som har viktiga applikationer och värde inom områden som miljöövervakning, industriell kontroll, medicinsk diagnos och fritt rymdkommunikation. Det har ett viktigt tillämpningsvärde och vetenskaplig betydelse inom områdena miljöövervakning, industriell kontroll, medicinsk diagnos och kommunikation i fritt utrymme.
Det ursprungliga konceptet med interband-kaskadlaser föreslogs först av prof. Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) vid University of Oklahoma 1994, och i princip används det nästan gittermatchade InAs/GaSb/AlSb tre-fem materialsystemet för att konstruera det, och det mesta av den aktiva regionen är InAs/GaInSb två typer av kvantbrunnar, som kan täcka våglängdsområdet från medelinfrarött till långt infrarött. Förmågan kan täcka våglängdsområdet från mellaninfrarött till långt infrarött.
Interbandskaskadlasrar kombinerar fördelarna med traditionella halvledardiodlasrar och kvantkaskadlasrar och har lägre tröskeleffekttäthet och tröskelströmtäthet än kvantkaskadlasrar som också täcker det mellaninfraröda våglängdsområdet, och denna extremt låga energiförbrukningsfördel är mycket viktig i vissa applikationer som kräver bärbara och batteridrivna enheter.
För närvarande domineras den globala interband-kaskadlasermarknaden fortfarande av utländska företag, och den inhemska marknaden är fortfarande i det inledande skedet av industriell utveckling. De två arbeten som rapporteras i detta dokument betyder att Ruichuang Photonics har nått en hög teknisk nivå i flera aspekter av epitaxial design och enhetsförberedelse av interbandskaskadlasrar, och har blivit ett företag som har bemästrat tekniken med högpresterande interbandskaskadlasrar. Detta arbete lägger också en solid grund för utveckling och massproduktion av singelmods avstämbara DFB-kaskadlasrar för interband.
