光譜的長(zhǎng)波紅外(LWIR正卧，λ = 8-12μm)區(qū)域特別有趣蠢熄，因?yàn)樨S富多樣的分子物種在該范圍內(nèi)具有“指紋”吸收特征，并且由于減少了吸水性炉旷，允許紅外光的遠(yuǎn)程大氣傳輸签孔，用于一系列應(yīng)用，包括無(wú)線通信窘行，紅外信標(biāo)饥追，測(cè)距和瞄準(zhǔn)，防區(qū)外檢測(cè)等罐盔。
波長(zhǎng)為8~12μm的長(zhǎng)波紅外量子級(jí)聯(lián)激光器
量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)是少數(shù)能夠服務(wù)于這一重要光譜范圍的光源之一翘骂。由于其獨(dú)特的電氣操作和微型尺寸壁熄，qcl可以包含在緊湊、便攜碳竟、堅(jiān)固的系統(tǒng)中草丧，這些系統(tǒng)可能價(jià)格低廉，可在任何基于半導(dǎo)體的平臺(tái)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)部署莹桅，易于使用昌执。
當(dāng)前低波長(zhǎng)紅外區(qū)域的激光器性能開(kāi)始與中波紅外(MWIR烛亦， λ = 3-5μm)的性能相媲美，傳統(tǒng)上懂拾，中波紅外(MWIR煤禽， λ = 3-5μm)的性能更為成熟，因?yàn)楦吖β蔒WIR器件由于需要IRCM解決方案而得到了強(qiáng)勁的發(fā)展岖赋。目前LWIR的性能可以提供瓦特級(jí)的輸出功率檬果，在z佳情況下具有兩位數(shù)的電光轉(zhuǎn)換效率。高性能LWIR器件的z大挑戰(zhàn)并不容易通過(guò)簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展到適用于MWIR范圍內(nèi)的qcl的LWIR范圍解決方案來(lái)克服唐断，盡管如此选脊，通過(guò)使用應(yīng)變補(bǔ)償器件設(shè)計(jì)和制造方法，利用從高效MWIR QC激光器開(kāi)發(fā)中獲得的知識(shí)脸甘，已經(jīng)取得了一些重大進(jìn)展恳啥。總體而言丹诀，開(kāi)發(fā)高功率钝的、高效率的LWIR qcl的方法可以與前幾年在實(shí)驗(yàn)和理論上中看到的MWIR發(fā)展進(jìn)行比較，盡管受到與LWIR操作相關(guān)的特殊挑戰(zhàn)的影響铆遭，例如長(zhǎng)波長(zhǎng)的自由電子光學(xué)損耗增加硝桩、子帶間增益降低、光學(xué)約束減少疚脐、低功耗和低功耗等亿柑。更厚的半導(dǎo)體有源層導(dǎo)致更差的熱性能和更具有挑戰(zhàn)性的制造，等等棍弄。值得注意的是望薄，2001年Beck等人基于9.1μm inp匹配設(shè)計(jì)首次演示了QC激光器的室溫(RT)連續(xù)工作(CW)，而由于高應(yīng)變InGaAs/InAlAs材料生長(zhǎng)技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展呼畸，才在MWIR波長(zhǎng)下演示了高功率RT連續(xù)工作痕支，從而實(shí)現(xiàn)了防止高能電子從較高激光能級(jí)泄漏到更高激光能級(jí)的設(shè)計(jì)活躍區(qū)域的能量水平。這是提高QC激光器的特征溫度T0和T1的關(guān)鍵因素之一蛮原，從而在高溫下實(shí)現(xiàn)高連續(xù)波功率發(fā)射卧须。
如今，量子級(jí)聯(lián)激光器是一種完全可部署的設(shè)備儒陨，可在室溫及以上環(huán)境下工作花嘶，能夠在具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件下操作和存儲(chǔ)”哪總的來(lái)說(shuō)椭员，這種技術(shù)的成熟程度正在接近其他具有更長(zhǎng)的歷史的半導(dǎo)體器件之一。利用近紅外激光制造技術(shù)和材料開(kāi)發(fā)笛园，QC激光器在1994年由分子束外延(MBE)生長(zhǎng)的QCL中首次低溫激光演示后不到10年就可用于實(shí)際應(yīng)用隘击。這一發(fā)展的關(guān)鍵步驟包括2001年QC激光器的RT連續(xù)操作演示侍芝，隨后，2005年使用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)和制造的QC激光器的室溫連續(xù)操作埋同，這是工業(yè)III-V半導(dǎo)體制造的選擇平臺(tái)州叠。今天，使用MBE和MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)和制造QC激光器凶赁。盡管多年來(lái)MBE的增長(zhǎng)咧栗，特別是氣源MBE，在已發(fā)表的z佳性能方面保持了ling先優(yōu)勢(shì)虱肄，特別是在MWIR中楼熄，但對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用目的而言，MOCVD增長(zhǎng)可獲得的性能足夠好浩峡，并且允許更靈活的制造設(shè)置，特別是在工業(yè)環(huán)境中错敢。
如上所述翰灾，第1個(gè)RT連續(xù)波QC激光器也是LWIR激光器，在300K時(shí)顯示約10mW稚茅。從那一刻起纸淮，室溫下的高功率和高效率的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)向了更短的波長(zhǎng)(3.5-5μm)，因?yàn)閷?duì)功率在瓦特范圍內(nèi)的IRCM解決方案的需求不斷增加亚享，效率(>10%)咽块。如今，MWIR連續(xù)波功率達(dá)到幾瓦欺税，連續(xù)波轉(zhuǎn)換效率達(dá)到兩位數(shù)(>20%)侈沪，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備中得到了驗(yàn)證。由于資金和市場(chǎng)需求較小晚凿，以及技術(shù)挑戰(zhàn)較大亭罪，高功率LWIR激光器的發(fā)展一直落后。今天歼秽，部分由于通過(guò)大氣的長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)那?mark class="span_mark" data-type="1">景应役，部分由于功率相關(guān)探測(cè)技術(shù)(如光聲光譜)的部署，部分由于對(duì)更小燥筷、更集成的封裝的需求箩祥，在LWIR光譜范圍內(nèi)對(duì)高功率和高效率的推動(dòng)已經(jīng)大大增加。
目前肆氓，已經(jīng)證明了波長(zhǎng)在λ = 6-10μm范圍內(nèi)的瓦特級(jí)輸出袍祖，并且已經(jīng)測(cè)量了兩位數(shù)范圍內(nèi)的效率。在λ = 10μm以上做院，更寬的發(fā)射極器件(14μm)可以在脈沖和連續(xù)模式下輸出瓦級(jí)峰值功率盲泛，轉(zhuǎn)換效率分別約為10%和4.8%濒持。LWIR性能與短波長(zhǎng)的激光器性能之間的差異是由于幾個(gè)因素造成的，特別是在較長(zhǎng)波長(zhǎng)的自由電子吸收增加寺滚，以及較長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)導(dǎo)致更寬的波導(dǎo)設(shè)計(jì)以獲得z佳的模式約束柑营。LWIR激光器的后一種特性導(dǎo)致了更具挑戰(zhàn)性的連續(xù)波工作特性，因?yàn)楦牟▽?dǎo)由于產(chǎn)生熱量的活性物質(zhì)的更好的表面體積比而具有優(yōu)化的熱耗散村视」偬祝總的來(lái)說(shuō)，在光約束和連續(xù)波操作之間的良好妥協(xié)在低波長(zhǎng)紅外比在中波長(zhǎng)紅外更難實(shí)現(xiàn)蚁孔。
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