量子级联激光器

量子级联激光器（QCL）是在电磁频谱的中红外到远红外部分发射的半导体激光器，最早由贝尔实验室的Jerome Faist、Federico Capasso、Deborah Sivco、Carlo Sirtori、Albert Hutchinson和Alfred Cho进行了演示。

不同于典型的带间的半导体激光器发射的电磁辐射通过的再结合的电子-空穴对跨材料带隙，量子级联激光器是单极和激光发射通过使用实现间跃迁在半导体数倍的重复堆叠量子阱异质结构，一个想法RF Kazarinov和RA Suris于1971年首次在论文“在具有超晶格的半导体中放大电磁波的可能性”中提出。

虽然量子级联增益介质可用于产生超发光配置的非相干光，但最常与光学腔结合使用以形成激光器。

这是最简单的量子级联激光器。首先由量子级联材料制成光波导以形成增益介质。然后，将晶体半导体器件的两端劈开，在波导的任一端形成两个平行镜，从而形成一个法布里-珀罗谐振器。来自半导体-空气界面的劈开面上的残留反射率足以产生谐振器。法布里-珀罗量子级联激光器能够产生高功率，但通常在较高工作电流下为多模。可以主要通过改变QC器件的温度来改变波长。

甲分布反馈（DFB）量子级联激光器类似于法布里-珀罗激光器，除了一个分布式布拉格反射器（DBR）建立在所述波导的顶部，以防止它从除发射所需波长在其他。即使在更高的工作电流下，这也会强制激光器进行单模工作。尽管可以通过脉冲DFB激光器获得有趣的调谐变化，但主要可以通过改变温度来调谐DFB激光器。在这种模式下，激光的波长在脉冲过程中迅速“ chi ”，从而可以快速扫描光谱区域。

在外腔（EC）量子级联激光器中，量子级联设备用作激光增益介质。波导小平面中的一个或两个都具有抗反射涂层，该涂层可以抵抗劈开的小平面的光腔作用。然后，以QC设备外部的配置形式放置反射镜以创建光学腔。

如果在外腔中包括频率选择元件，则可以将激光发射降低到单个波长，甚至调谐辐射。例如，衍射光栅已被用来创建一个可调谐激光器，其中心波长的可调谐超过15％。

存在几种仅使用单片集成元件来扩展量子级联激光器的调谐范围的方法。集成加热器可以将固定工作温度下的调谐范围扩展到中心波长的0.7％，通过游标效应工作的上层结构光栅可以将其扩展到中心波长的4％，而相比之下，<0.1％标准DFB设备。