什么是量子級聯(lián)激光器?
量子級聯(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)光波長由半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)來決定。
(2)增益譜窄。與常規(guī)半導(dǎo)體激光器光子是由導(dǎo)帶電子和價帶空穴復(fù)合產(chǎn)生光子不同,量子級聯(lián)激光器是單極性器件,只靠導(dǎo)帶電子產(chǎn)生光子,載流子躍遷的始態(tài)和終態(tài)具有相同曲率(如果忽略非拋物線性影響),聯(lián)合態(tài)密度類似于δ函數(shù),增益譜很窄且對稱,同時避免了帶間激光器受聯(lián)合態(tài)密度限制的增益飽和限制,可望得到低閾值電流密度。 圖2.普通半導(dǎo)體激光器和量子級聯(lián)激光器產(chǎn)生光子過程比較 (3)量子級聯(lián)激光器的閾值電流和光譜線寬對溫度改變不敏感。常規(guī)半導(dǎo)體激光器中參與躍遷的電子和空穴分布在一定的能量范圍內(nèi),且分布是對溫度敏感的,在長波長,增強(qiáng)的俄歇效應(yīng)限制了常規(guī)半導(dǎo)體激光器的高溫運(yùn)行。而QCL幾近平行的子帶不易產(chǎn)生俄歇效應(yīng),所以在理論上對溫度不敏感。 (4)電子利用效率高。常規(guī)半導(dǎo)體激光器的電子一旦與空穴相遇輻射出光子,電子的使命就完成,而量子級聯(lián)激光器是將有源區(qū)一級接一級串聯(lián)在一起的,同一個電子可以重復(fù)利用,順序產(chǎn)生光子,理論上一個電子可以產(chǎn)生與級數(shù)相同的光子數(shù),內(nèi)量子效率會很高。 (5)超高響應(yīng)速率。因為量子級聯(lián)激光器子帶間的弛豫時間與普通半導(dǎo)體激光器的帶間復(fù)合時間相比短的多,所以,量子級聯(lián)激光器的響應(yīng)要更快。 |

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