单模带间级联激光器(特邀)

1

作者 刘舒曼 张锦川 +6 位作者 叶小玲 刘俊岐 王利军 卓宁 翟慎强 李远 刘峰奇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期30-49,共20页

基于锑化物的带间级联激光器同时具有带间跃迁的高增益和级联结构的高量子效率,是中红外波段重要的相干光源,其功耗低于其它中红外半导体激光器,因而单模带间级联激光器在基于激光吸收光谱技术的高分辨气体检测和化学传感等领域具有很... 基于锑化物的带间级联激光器同时具有带间跃迁的高增益和级联结构的高量子效率,是中红外波段重要的相干光源,其功耗低于其它中红外半导体激光器,因而单模带间级联激光器在基于激光吸收光谱技术的高分辨气体检测和化学传感等领域具有很大的优势。目前利用Bragg光栅实现波长选择的单模分布反馈带间级联激光器已经实现商品化,但是,与同样有源区结构的Fabry-Pérot腔带间级联激光器最高600 mW的出光功率相比,单模功率最高55 mW,损耗较大。对几种不同结构的分布反馈带间级联激光器的性能进行对比分析,探讨这类单模中红外激光器损耗的主要来源以及改进思路。此外,介绍了垂直腔面发射和光子晶体带间级联激光器的进展,并与分布反馈带间级联激光器的性能进行比较,讨论其优缺点及适用的场景。 展开更多

关键词 中红外 单模 带间级联激光器 分布反馈 面发射激光器

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3～4μm锑化物带间级联激光器研究进展(特邀) 被引量：2

2

作者 张一 张宇 +8 位作者 杨成奥 谢圣文 邵福会 尚金铭 黄书山 袁野 徐应强 倪海桥 牛智川 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第10期19-25,共7页

3~4μm波段中红外激光器在工业气体检测、医学医疗和自由空间光通信等诸多领域具有十分重要的应用。目前锑化物半导体带间级联激光器是实现中红外3~4μm波段的理想方案。带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)可以看做是通过电... 3~4μm波段中红外激光器在工业气体检测、医学医疗和自由空间光通信等诸多领域具有十分重要的应用。目前锑化物半导体带间级联激光器是实现中红外3~4μm波段的理想方案。带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)可以看做是通过电子和空穴复合产生光子的传统二极管激光器以及通过引入多个级联区来提高电子注入效率的子带间量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)的融合。文中概要介绍了带间级联激光器的基本工作原理,阐述了国际上主要研究单位包括俄克拉荷马大学、美国海军实验室、德国伍兹堡大学等带间级联激光器的发展历史,介绍了国内单位包括中国科学院半导体所研制成功带间级联激光器的性能,分析了该类激光器设计制备技术难点和及性能进一步提升优化的技术方案。 展开更多

关键词 带间级联激光器 二类W型量子阱 中红外 GaSb基

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带间级联激光器电子注入区优化研究(特邀)

3

作者 宁超 孙瑞轩 +8 位作者 于天 刘舒曼 张锦川 卓宁 王利军 刘俊岐 翟慎强 李远 刘峰奇 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期90-96,共7页

带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究。优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注... 带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究。优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注入平衡条件,降低了有源区中自由载流子吸收和杂质散射造成的光损耗。采用该有源区结构的带间级联激光器实现了较好的室温激射性能,腔长4 mm、脊宽20μm且腔面未镀膜器件的阈值电流为200 mA,单腔面出光功率为55 mW。通过分析2~5 mm不同腔长器件的电压-电流-光功率性能,得到器件的波导损耗仅为3 cm^(-1),有源区载流子寿命为0.7 ns。 展开更多

关键词 半导体激光器 中红外 分子束外延 带间级联激光器 量子阱 锑化物

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InAs基中红外带间级联激光器中的自加热效应（英文）

4

作者 余成章 徐志成 +1 位作者 陈建新 何力 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期408-411,共4页

制备并测试了 II 型中红外带间级联激光器制备的器件在脉冲和连续工作模式下最高工作温度分别为275K和226K.80K下器件激射波长为3.8μm左右阈值电流密度约17A/cm2.对器件在连续工作模式下的自加热效应进行了分析并利用有限元方法模拟了... 制备并测试了 II 型中红外带间级联激光器制备的器件在脉冲和连续工作模式下最高工作温度分别为275K和226K.80K下器件激射波长为3.8μm左右阈值电流密度约17A/cm2.对器件在连续工作模式下的自加热效应进行了分析并利用有限元方法模拟了器件连续工作时的温度分布图.分析和模拟结果均表明自加热效应是限制器件连续工作温度的重要因素.提高散热性能将是进一步提升器件工作温度的有效手段. 展开更多

关键词 带间级联激光器 中红外 分子束外延

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带间级联激光器性能对结构变化的耐受性研究

5

作者 林羽喆 Jeremy A.Massengale +3 位作者 黄文祥 杨瑞青 Tetsuya D.Mishima Michael B.Santos 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期137-141,共5页

通过对两种结构参数与设计偏差较大的带间级联激光器(ICL)的研究,探讨了器件性能在结构变化下的耐受性。在300 K时,即使和4.6μm的设计波长相比蓝移700μm以上,激光器仍然性能良好,其阈值电流密度低至320 A/cm^2。此研究为带间级联激光... 通过对两种结构参数与设计偏差较大的带间级联激光器(ICL)的研究,探讨了器件性能在结构变化下的耐受性。在300 K时,即使和4.6μm的设计波长相比蓝移700μm以上,激光器仍然性能良好,其阈值电流密度低至320 A/cm^2。此研究为带间级联激光器在结构变化方面的耐受性提供了坚实的实验依据。 展开更多

关键词 Ⅲ-Ⅴ族半导体 带间级联激光器 中红外 量子阱 Ⅱ类异质结

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采用带间级联激光器的痕量气体检测技术进展 被引量：5

6

作者 杜振辉 韩瑞炎 +3 位作者 王晓雨 王拴棵 孟硕 李金义 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期77-88,共12页

带间级联激光器(ICL)是近年来发展起来的高性能中红外光源,覆盖中红外3~6μm谱段。其具有电光效率高、阈值电流低、可室温连续工作等优点,是痕量气体检测领域最具吸引力的半导体激光器之一。分析了中红外指纹吸收光谱的特征,简述了带间... 带间级联激光器(ICL)是近年来发展起来的高性能中红外光源,覆盖中红外3~6μm谱段。其具有电光效率高、阈值电流低、可室温连续工作等优点,是痕量气体检测领域最具吸引力的半导体激光器之一。分析了中红外指纹吸收光谱的特征,简述了带间级联激光器的发展、工作原理和特性,综述了基于中红外宽带吸收光谱的高灵敏、特异性检测技术的发展,并对今后发展做了讨论和展望。 展开更多

关键词 光谱学 带间级联激光器 痕量气体检测 中红外谱段 可调谐激光吸收光谱分析 波长调制光谱

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中红外第二型带间级联激光器 被引量：1

7

作者 陈君景 王一丁 曹峰 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2008年第3期19-24,共6页

第二型带间级联激光器是一种有效的全固化中红外光源,具有广泛的应用前景。介绍了中红外带间级联激光器的结构,工作原理,最新研究进展,并对影响其工作性能的因素进行了讨论。

关键词 激光器 中红外 量子阱 带间级联激光器

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量子级联激光器技术内涵及其应用前景 被引量：2

8

作者 毛登森 《中国电子科学研究院学报》 北大核心 2015年第4期333-340,共8页

20年来,QCL已经取得了飞速发展,在中波红外对抗、痕量气体检测、THz通信等领域初步得到了应用。本文从有源区方案设计及其优化、安装与封装、光子晶体QCL等设计技术,简要概述了量子级联激光器技术内涵;简要分析了当前QCL激光器研究热点... 20年来,QCL已经取得了飞速发展,在中波红外对抗、痕量气体检测、THz通信等领域初步得到了应用。本文从有源区方案设计及其优化、安装与封装、光子晶体QCL等设计技术,简要概述了量子级联激光器技术内涵;简要分析了当前QCL激光器研究热点和发展现状;最后从中波红外对抗、痕量气体检测、THz通信等应用技术方面,对QCL的技术应用前景进行了简要分析。 展开更多

关键词 量子级联激光器 中波红外对抗 痕量气体检测 THz通信 II型带间跃迁级联激光器

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基于中红外DFB-ICL激光器的硫系恶臭气体传感器 被引量：5

9

作者 杜振辉 张哲远 +2 位作者 甄卫萌 熊博 李金义 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2015年第2期165-173,共9页

含硫化合物是主要恶臭物质之一,为了实现污染源中含硫化合物排放的连续监测,研制了中红外激光气体传感器。该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(DFB-ICL)为光源,工作波长在3.3μm附近,以空芯光波导(芯径1000μm、长度5 m)... 含硫化合物是主要恶臭物质之一,为了实现污染源中含硫化合物排放的连续监测,研制了中红外激光气体传感器。该传感器采用中红外分布反馈结构的带间级联激光器(DFB-ICL)为光源,工作波长在3.3μm附近,以空芯光波导(芯径1000μm、长度5 m)做气体池,采用自制多通道数字锁相放大器,同时解调1f和2f谐波信号,通过1f归一化实现免校准测量。使用不同波长激光器可以检测甲硫醇、甲硫醚、二甲基硫醚、硫化氢等硫系恶臭气体。 展开更多

关键词 激光气体传感器 带间级联激光器 空芯光波导 恶臭物质 含硫有机物 甲硫醇 甲硫醚 二甲基硫醚

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隧道带间耦合级联新型激光器扩展电流的优化 被引量：2

10

作者 邹德恕 崔碧峰 +8 位作者 李建军 廉鹏 徐晨 韩金茹 刘莹 杜金玉 张丽 高国 沈光地 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第10期989-991,共3页

隧道带间耦合级联激光器采用 C掺杂生长隧道结 ,由于高浓度 C掺杂层在激光器多个有源区之间分布形成了高电导层 ,增加了注入电流的横向扩展 ,使激光器的性能不能充分发挥出来。我们利用双面电极新型结构可以很好地克服横向电流扩展 ,使... 隧道带间耦合级联激光器采用 C掺杂生长隧道结 ,由于高浓度 C掺杂层在激光器多个有源区之间分布形成了高电导层 ,增加了注入电流的横向扩展 ,使激光器的性能不能充分发挥出来。我们利用双面电极新型结构可以很好地克服横向电流扩展 ,使级联的激光器保证充分的光输出功率。具体是在常规激光器背面衬底做完全与正面电极相同而对中的电极。当加入电场后 ,使电场完全集中在这两个相对中的电极之间 ,使激光器注入的电流从正面电极完全不扩展地流入到背面衬底电极 ,保证每个有源区都注入相同的电流而保证每个有源区充分的光输出。对 4个有源区级联的激光器光输出功率较常规电极提高 70 %以上 ,输出光功率从 1.6 W提高到 2 .4W,斜率效率提高 70 展开更多

关键词 碳掺杂 隧道结构 带间耦合级联激光器 扩展电流

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基于有限差分的带间级联结构理论研究

11

作者 王浩然 李远 +5 位作者 马泽军 朱申波 李冠华 刘雨 俞金玲 陈涌海 《半导体光电》 CAS 北大核心 2023年第4期586-590,共5页

利用前后向有限差分算法,对锑化物带间级联激光器有源区结构InAs/GaSb/AlSb的电子态进行了理论计算与分析。研究了哈密顿量算符序、有效质量参数修正、内界面态对结构能态及波函数的影响。分析表明,导带有效质量参数取正值可以在两种算... 利用前后向有限差分算法,对锑化物带间级联激光器有源区结构InAs/GaSb/AlSb的电子态进行了理论计算与分析。研究了哈密顿量算符序、有效质量参数修正、内界面态对结构能态及波函数的影响。分析表明,导带有效质量参数取正值可以在两种算符序下有效抑制伪解产生,Burt-Foreman算符序下的跃迁能量更为合理。对于内界面采用缓变假设后,其跃迁能量计算值略高于陡变界面下的计算结果,二者的波函数在界面附近差异不明显。 展开更多

关键词 带间级联激光器 8带包络函数模型 有限差分算法 算符序 界面

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一种中红外带间级联激光甲烷传感器的研制 被引量：6

12

作者 郑文雪 郑传涛 +3 位作者 姚丹 杨硕 党佩佩 王一丁 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期166-171,共6页

甲烷(CH_4)是大气环境监测、工业过程控制、煤矿生产安全等多个领域中需重点监测的气体之一,研制CH_4传感器具有广泛的应用价值。利用CH_4分子在3.31μm附近的基频吸收带并选择其在3038.5cm^(-1)的吸收线作为目标谱线,研制了一种基于中... 甲烷(CH_4)是大气环境监测、工业过程控制、煤矿生产安全等多个领域中需重点监测的气体之一,研制CH_4传感器具有广泛的应用价值。利用CH_4分子在3.31μm附近的基频吸收带并选择其在3038.5cm^(-1)的吸收线作为目标谱线,研制了一种基于中红外室温、连续、单模带间级联激光器(ICL)的CH_4传感器。该传感器采用可调谐激光直接吸收光谱技术以及长光程(54.6m)吸收光谱技术测定CH_4气体浓度。自主研制了高灵敏、低功耗的激光器温度控制器和电流驱动器,编写了基于LabVIEW的数据产生、采集与处理程序。利用体积分数为2.1×10^(-6)的CH_4标准气体和气体稀释系统配备了不同浓度的CH_4气体样品,开展了传感器的性能测试实验。根据传感器标准差的分析结果,当采样周期为2.5s时,传感器的1σ检测下限约为1.1×10^(-8)。利用该传感器对室外大气中CH_4浓度进行了连续84h的监测,结果证实了所研制CH_4传感器的工程实用价值。 展开更多

关键词 传感器 激光光谱学 甲烷传感器 红外吸收光谱 带间级联激光器

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中红外痕量乙烷传感器设计与稳定性分析 被引量：2

13

作者 李春光 董磊 +2 位作者 郑传涛 王一丁 林君 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期959-963,共5页

根据乙烷气体分子在3.3μm处的基频吸收特性,使用中心波长为3.337μm室温连续带间级联激光器(ICL)和有效光程为54.6 m密集光斑多通气体吸收气室(600 mL)研制了基于波长调制光谱技术(WMS)的乙烷传感器。详细介绍了基于WMS和二次谐波(2f)... 根据乙烷气体分子在3.3μm处的基频吸收特性,使用中心波长为3.337μm室温连续带间级联激光器(ICL)和有效光程为54.6 m密集光斑多通气体吸收气室(600 mL)研制了基于波长调制光谱技术(WMS)的乙烷传感器。详细介绍了基于WMS和二次谐波(2f)探测技术的光谱吸收法气体检测原理,给出了目标乙烷气体吸收线的遴选细节。此项技术的使用减小了光功率漂移对系统的影响,使得系统最低检测下限(MDL)和稳定性能得到提升。结合原理框图,通过光学和电学两个模块分别详细介绍了乙烷传感系统设计方案,描述了自主研制的软、硬件单元和商用仪器的使用及其型号供他人参考,并给出传感器光学配置实物图。而且,为匹配激光波长调制与基于压力的吸收线宽,对气压和调制深度进行优化,研究了调制幅度对应2f信号峰值及调制幅度与调制深度的关系,最终确定最优气压和调制深度分别为100 Torr和0.074 cm^(-1),对应的调制信号幅度为～0.026 V。此外,基于优化后的气压和调制深度,使用136.8 nmol·mol^(-1)乙烷标准气体进行了系统灵敏度估算。详细介绍了ICL扫描调制信号、锁相放大及数据采集单元的参数设置,并给出示波器记录的扫描调制信号及2f信号波形图片。通过对比DAQ采集的2f信号和背景噪声信号,估算系统最低检测下限为33 nmol·mol^(-1)。最后,使用9个不同浓度乙烷标准气体(20～400 nmol·mol^(-1))分别进行～5 min系统标定测试,并列出了拟合曲线和拟合相关度等信息。而且,使用浓度为48 nmol·mol^(-1)乙烷气体样品开展连续2 h系统稳定性测试并进行Allan-Werle方差分析。结果显示,该系统工作稳定,积分时间为4 s时,乙烷气体检测灵敏度为～0.81 nmol·mol^(-1)。通过增加系统积分时间至63 s,系统灵敏度可被提高至～0.36 nmol·mol^(-1)。 展开更多

关键词 乙烷 带间级联激光器 波长调制光谱 多反射气室

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基于红外TDLAS技术的高精度CO_(2)同位素检测系统的研制 被引量：6

14

作者 侯月 黄克谨 +1 位作者 于冠一 张鹏泉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期65-69,共5页

对天然气分布监测,高精度地检测CO_(2)同位素是非常重要的。采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,通过^(13)CO_(2)/^(12)CO_(2)在4.3μm处的吸收谱线,实现高精度CO_(2)同位素检测。该检测系统由工作在连续波模式下的中红外间带级... 对天然气分布监测,高精度地检测CO_(2)同位素是非常重要的。采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,通过^(13)CO_(2)/^(12)CO_(2)在4.3μm处的吸收谱线,实现高精度CO_(2)同位素检测。该检测系统由工作在连续波模式下的中红外间带级联激光器(ICL)、长光程多通池(MPGC)和中红外碲镉汞(MCT)探测器组成。针对^(13)CO_(2)和^(12)CO_(2)两条吸收谱线强度受温度影响的问题,研制了MPGC高精度温度控制系统。实验中,配置5种不同浓度的CO_(2)气体对检测系统进行标定,响应线性度可达0.999 6。结果表明,当积分时间为92 s时,同位素检测精度低至0.013 9‰,具备实际应用价值。 展开更多

关键词 红外气体检测 CO_(2)同位素 中红外间带级联激光器 长光程多通池 中红外碲镉汞探测器 高精度温度控制系统

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丙丁烷TDLAS测量系统的吸收峰自动检测 被引量：3

15

作者 张铭 苗玉彬 张舒 《半导体光电》 CAS 北大核心 2020年第1期118-122,共5页

基于丙丁烷在3.37μm处的基频吸收峰,使用相应中心波长的连续带间级联激光器和长光程吸收池,研制了基于波长调制技术的丙丁烷气体检测系统。为自动确定波长调制过程中的锯齿波中心值参数,基于电流与输出光频率的线性关系,通过均匀增加... 基于丙丁烷在3.37μm处的基频吸收峰,使用相应中心波长的连续带间级联激光器和长光程吸收池,研制了基于波长调制技术的丙丁烷气体检测系统。为自动确定波长调制过程中的锯齿波中心值参数,基于电流与输出光频率的线性关系,通过均匀增加激光器驱动电流获得直接吸收光谱。使用基于洛伦兹线型的拟合算法确定吸收峰值对应电流,使锯齿波输出光以其为中心覆盖吸收峰。实验证明,以拟合结果31.94mA为中心值的锯齿波,在叠加频率为20 000Hz、幅值为0.03V的高频正弦调制波后,系统二次谐波峰值超过100mV。算法全过程不依赖标气和F-P标准具等精密光学器件,可适应实际生产条件下的系统自动定参。 展开更多

关键词 带间级联激光器 可调谐半导体激光吸收光谱 气雾剂检漏 中红外吸收峰 洛伦兹光谱线型

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