? ? ? 量子級(jí)聯(lián)激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于電子在半導(dǎo)體量子阱中導(dǎo)帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導(dǎo)體器件。不同於傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，QCL受激輻射過(guò)程只有電子參與，激射波長(zhǎng)的選擇可通過(guò)有源區(qū)的勢(shì)阱和勢(shì)壘的能帶裁剪實(shí)現(xiàn)。QCL引領(lǐng)了半導(dǎo)體激光理論、中紅外和THz半導(dǎo)體光源革命，是痕量氣體監(jiān)測(cè)和自由空間通信的理想光源，在公共安全、國(guó)家安全、環(huán)境和醫(yī)學(xué)科學(xué)等領(lǐng)域有重大應(yīng)用前景。

量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，該激光器的有源區(qū)是由耦合量子阱的多級(jí)串接組成(通常大于500層)而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出。量子級(jí)聯(lián)激光器的出現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的先河，在中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)展史上樹(shù)立了新的里程碑。1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在貝爾實(shí)驗(yàn)室率先發(fā)明量子級(jí)聯(lián)激光器。這被視為半導(dǎo)體激光領(lǐng)域的一次革命。2000年，我國(guó)科學(xué)家李?lèi)?ài)珍(現(xiàn)任美國(guó)科學(xué)院院士)的課題組在亞洲率先研制出5至8微米波段半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器，從而使中國(guó)進(jìn)入了掌握此類(lèi)激光器研制技術(shù)的國(guó)家行列。

工作原理：

量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，其發(fā)光波長(zhǎng)由半導(dǎo)體能隙來(lái)決定。QCL受激輻射過(guò)程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過(guò)改變量子阱層的厚度來(lái)改變發(fā)光波長(zhǎng)。

量子級(jí)聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的級(jí)聯(lián)過(guò)程，電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過(guò)程中，不但沒(méi)有損失，還可以注入到下一個(gè)過(guò)程再次發(fā)光。這個(gè)級(jí)聯(lián)過(guò)程使這些電子 "循環(huán)"起來(lái)，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。

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