Πρόσφατα, το Ερευνητικό Ινστιτούτο Ruichuang και η ομάδα Ruichuang Photonics σημείωσαν σημαντική πρόοδο στην έρευνα του λέιζερ καταρράκτη μεσαίας υπέρυθρης ζώνης (ICL). Η ομάδα έχει πραγματοποιήσει μια σειρά διαζωνικών λέιζερ καταρράκτη συνεχούς λειτουργίας υψηλής απόδοσης σε θερμοκρασία δωματίου με πολλαπλά μήκη κύματος διέγερσης και σε συνδυασμό με επιταξία μοριακής δέσμης για την ανάπτυξη υλικών λέιζερ διαζωνικής αλληλουχίας σε υποστρώματα InAs και έχει προετοιμάσει συσκευές στενής κορυφογραμμής με μήκη κύματος διέγερσης θερμοκρασίας κοντά στα 4,6 μm. Τα μήκη κύματος διέγερσης θερμοκρασίας δωματίου των συσκευών στενής κορυφογραμμής είναι κοντά στα 4,6μm και 5,2μm.
Αναφέρεται ότι τα περισσότερα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη αναπτύσσονται σε υποστρώματα GaSb, ενώ τα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη που αναφέρθηκαν από την ομάδα του Ruichuang αναπτύσσονται σε υποστρώματα InAs, με την επένδυση κυματοδηγού να αποτελείται από ένα υπερπλέγμα InAs/AlSb και ένα στρώμα InAs με υψηλή πρόσμειξη. Σε σύγκριση με τα κοινά διαζωνικά λέιζερ που βασίζονται σε GaSb, τα διαζωνικά λέιζερ που βασίζονται σε InAs έχουν χαμηλότερη πυκνότητα ρεύματος κατωφλίου σε μεγαλύτερα μήκη κύματος (π.χ. μεγαλύτερα από 4,5 μm).
(α) Φάσματα συνεχούς διέγερσης μιας συσκευής με μήκος κύματος 4,6 μm, μήκος κοιλότητας 2 mm και πλάτος κορυφογραμμής 10 μm μεταξύ 20 μοιρών και 64 μοιρών.
(β) Καμπύλες συνεχούς ρεύματος-τάσης-ισχύς της ίδιας συσκευής μεταξύ 20 μοιρών -64 μοιρών
Για το διαζωνικό λέιζερ καταρράκτη σε μήκος κύματος 4,6 μm, η πυκνότητα ρεύματος κατωφλίου παλμού θερμοκρασίας δωματίου της συσκευής ευρείας κορυφογραμμής είναι 292 A/cm2. η συσκευή στενής κορυφογραμμής με μήκος κοιλότητας 2-mm και πλάτος κορυφογραμμής 10-μm έχει συνεχή θερμοκρασία λειτουργίας έως 64 μοίρες και ισχύ εξόδου σε θερμοκρασία δωματίου 20 mW. Αυτή είναι η υψηλότερη θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας που έχει αναφερθεί μέχρι στιγμής σε παρόμοιο μήκος κύματος. Για ένα διαζωνικό λέιζερ καταρράκτη σε μήκος κύματος 5,2 μm, η πυκνότητα ρεύματος κατωφλίου παλμού θερμοκρασίας δωματίου της συσκευής ευρείας κορυφογραμμής είναι 306 A/cm2, ενώ εκείνη της συσκευής στενής κορυφογραμμής με μήκος κοιλότητας 2 mm και κορυφογραμμή πλάτος 10 μm φτάνει τη μέγιστη θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας των 41 βαθμών, με ισχύ εξόδου σε θερμοκρασία δωματίου 10 mW, όπου η πυκνότητα ρεύματος κατωφλίου είναι η χαμηλότερη που αναφέρεται σε παρόμοια μήκη κύματος.
Η σχετική εργασία "Λειτουργία συνεχών κυμάτων υψηλής θερμοκρασίας του διαζωνικού λέιζερ καταρράκτη με βάση το InAs " (DOI: 10.1063/5.0171089) και "Διαδοχικό λέιζερ με βάση το InAs που λειτουργεί στα 5,17 μm σε συνεχές κύμα πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου" (10,1109/LPT. 2023.3335856) που δημοσιεύτηκε στο Applied Physics Letters και IEEE Photonics Technology Letters, αντίστοιχα.
(α) Φάσματα συνεχούς διέγερσης μιας συσκευής με μήκος κύματος 5,2 μm, μήκος κοιλότητας 2 mm και πλάτος κορυφογραμμής 10 μm μεταξύ 15 μοιρών και 41 μοιρών·
(β) Καμπύλες συνεχούς ρεύματος-τάσης-ισχύς της ίδιας συσκευής μεταξύ 15 μοιρών και 41 μοιρών.
Το διαζωνικό λέιζερ καταρράκτη βασίζεται στη μηχανική ζωνών ενέργειας και στην κβαντομηχανική για τη δημιουργία διέγερσης, με υψηλό τεχνικό περιεχόμενο και πολλές δυσκολίες ανάπτυξης, που αποτελεί σημαντική ενσάρκωση της εθνικής τεχνολογίας πυρήνα των νανο και κβαντικών συσκευών, και τώρα αναφέρεται ως σημαντικό μέσο -Πηγή υπερύθρων λέιζερ μαζί με κβαντικό λέιζερ καταρράκτη (QCL), το οποίο έχει σημαντικές εφαρμογές και αξία σε τομείς όπως η περιβαλλοντική παρακολούθηση, ο βιομηχανικός έλεγχος, η ιατρική διάγνωση και η επικοινωνία ελεύθερου χώρου. Έχει σημαντική αξία εφαρμογής και επιστημονική σημασία στους τομείς της περιβαλλοντικής παρακολούθησης, του βιομηχανικού ελέγχου, της ιατρικής διάγνωσης και της επικοινωνίας ελεύθερου χώρου.
Η αρχική ιδέα του διαζωνικού λέιζερ καταρράκτη προτάθηκε για πρώτη φορά από τον καθηγητή Ruiqing Yang (Rui Q. Yang) του Πανεπιστημίου της Οκλαχόμα το 1994, και βασικά το σύστημα τριών-πέντε υλικών InAs/GaSb/AlSb που ταιριάζει σχεδόν με πλέγμα χρησιμοποιείται για την κατασκευή και το μεγαλύτερο μέρος της ενεργού περιοχής είναι InAs/GaInSb δύο τύπων κβαντικών πηγαδιών, τα οποία μπορούν να καλύψουν το εύρος μήκους κύματος από το μεσαίο υπέρυθρο έως το μακρινό υπέρυθρο. Η ικανότητα μπορεί να καλύψει το εύρος μήκους κύματος από το μεσαίο υπέρυθρο έως το μακρινό υπέρυθρο.
Τα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των παραδοσιακών λέιζερ διόδων ημιαγωγών και των κβαντικών λέιζερ καταρράκτη και έχουν χαμηλότερη πυκνότητα ισχύος κατωφλίου και πυκνότητα ρεύματος κατωφλίου από τα κβαντικά λέιζερ καταρράκτη που καλύπτουν επίσης το εύρος μήκους κύματος μεσαίου υπέρυθρου, και αυτό το εξαιρετικά χαμηλό πλεονέκτημα κατανάλωσης ενέργειας είναι πολύ σημαντικό σε ορισμένες εφαρμογές που απαιτούν φορητές συσκευές και συσκευές με μπαταρία.
Προς το παρόν, η παγκόσμια αγορά διαζωνικών λέιζερ καταρράκτη εξακολουθεί να κυριαρχείται από ξένες εταιρείες και η εγχώρια αγορά βρίσκεται ακόμη στο αρχικό στάδιο της βιομηχανικής ανάπτυξης. Οι δύο εργασίες που αναφέρονται σε αυτό το έγγραφο υποδηλώνουν ότι η Ruichuang Photonics έχει φτάσει σε υψηλό τεχνικό επίπεδο σε πολλαπλές πτυχές του επιταξιακού σχεδιασμού και της προετοιμασίας συσκευών διαζωνικών λέιζερ καταρράκτη, και έχει γίνει μια επιχείρηση που έχει κατακτήσει την τεχνολογία των υψηλής απόδοσης διαζωνικών λέιζερ καταρράκτη. Αυτή η εργασία θέτει επίσης μια σταθερή βάση για την ανάπτυξη και τη μαζική παραγωγή λέιζερ καταρράκτη διαζωνικής σύνδεσης DFB με δυνατότητα συντονισμού μίας λειτουργίας.
