带间级联激光器

带间级联激光器（ICL）是一种激光二极管，可以在电磁频谱的中红外区域的大部分区域上产生相干辐射。它们由外延生长的半导体异质结构制成，该结构由砷化铟（InAs）、锑化镓（GaSb）、锑化铝（AlSb）和相关合金组成。这些激光器在某些方面类似于量子级联激光器（QCL）。与QCL一样，带间级联激光器也采用带结构工程的概念来实现优化的激光器设计并重复使用注入电子发出多个光子。但是，在带间级联激光器中，光子是通过带间转换而不是QCL中使用的子带间转换生成的。因此，注入到上部激光子带中的载波热松弛到下部子带的速率由带间俄歇，辐射和Shockley-Read载波复合来确定。这些过程通常比介导中红外QCL中注入电子的子带间弛豫的纵向光学声子相互作用慢得多。带间过渡的使用允许以比QCL更低的电输入功率实现ICL中的激光作用。

带间级联激光器的基本概念由Rui Q. Yang在1994年提出。他的主要见识是，与带间谐振隧穿二极管中所用的II型异质结构的结合将促进级联激光器的可能性。使用带间跃迁进行光子生成。杨和他的合作者在几个机构，以及海军研究实验室和其他机构的小组中，对技术的设计和开发进行了进一步的改进。在2008年首次证明了在室温下以连续波（cw）模式发射的带间级联激光器 。该激光器的发射波长为3.75μm。随后，已经证明了带间级联激光器在室温下的连续波操作，其发射波长范围为2.9μm至5.7μm。已经证明，在较低温度下的带间级联激光器的发射波长在2.7μm至11.2μm之间。与竞争中红外半导体激光器技术相比， 在环境温度下以连续模式工作的带间级联激光器能够以低得多的输入功率实现激光发射。

发射3.7 um的ICL已以cw模式运行，最高温度为118°C。在室温下已证明了将近0.5 W的xxx连续波输出功率，在近衍射极限光束中为200-300 mW 。还实现了接近15％的最高室温CW壁塞效率。虽然QCL通常需要接近1 W或更高的输入电功率才能在室温下工作，但由于带间载波寿命更长，带间级联激光器能够提供低至29 mW的输入功率。对于波长在大约3.0 um和5.6 um之间的波长，可以实现低耗散功率的室温cw操作。

在室温下以连续模式工作的窄脊形波导带间级联激光器的性能特征。具体来说，该图显示了对于给定的注入电流，具有不同脊宽的激光器发射的功率量的曲线图。这些激光器中的每一个都有五个级联级，腔长为4mm。安装这些激光器，使外延结构的顶部（而不是基板）与铜散热器（通常称为外延面朝下配置）接触，以实现最佳的散热效果。另外，它们被制造成具有波纹状的侧壁。侧壁波纹通过确保在较高阶中产生更少的光子来降低光学损耗易受光散射损耗影响的光学模式。