في الآونة الأخيرة، حقق معهد أبحاث Ruichuang وفريق Ruichuang Photonics تقدمًا مهمًا في أبحاث الليزر المتتالي ذو النطاق المتوسط للأشعة تحت الحمراء (ICL). لقد أنجز الفريق سلسلة من أجهزة الليزر المتتالية عالية الأداء والتشغيل المستمر في درجة حرارة الغرفة مع أطوال موجية مثيرة متعددة، وتم دمجها مع تنضيد الشعاع الجزيئي لتنمية مواد الليزر المتتالية بين النطاقات على ركائز InAs، وأعدت أجهزة ذات سلسلة ضيقة مع غرفة- أطوال موجية لإثارة درجة الحرارة قريبة من 4.6 ميكرومتر. الأطوال الموجية لإثارة درجة حرارة الغرفة لأجهزة التلال الضيقة قريبة من 4.6μm و5.2μm.
يُذكر أن معظم أجهزة الليزر المتتالية بين النطاقات يتم زراعتها على ركائز GaSb، في حين تتم زراعة الليزر المتتالي بين النطاقات الذي أبلغ عنه فريق Ruichuang على ركائز InAs، حيث تتكون كسوة الدليل الموجي من شبكة InAs/AlSb الفائقة وطبقة InAs مخدرة للغاية. بالمقارنة مع أجهزة الليزر المتتالية ذات النطاق البيني القائمة على GaSb، فإن أشعة الليزر ذات النطاق البيني القائمة على InAs لها كثافات تيار عتبة أقل عند أطوال موجية أطول (على سبيل المثال، أطول من 4.5 ميكرومتر).
(أ) أطياف الإثارة المستمرة لجهاز بطول موجة 4.6 ميكرومتر وطول تجويف 2 مم وعرض 10 ميكرومتر بين 20 درجة و64 درجة؛
(ب) منحنيات طاقة التيار والجهد المستمر لنفس الجهاز بين 20 درجة -64 درجة
بالنسبة لليزر المتتالي بين النطاقات بطول موجة يبلغ 4.6 ميكرومتر، تبلغ كثافة تيار عتبة النبض في درجة حرارة الغرفة للجهاز واسع النطاق 292 أمبير/سم2؛ يتمتع الجهاز ذو التلال الضيقة بطول تجويف 2- مم وعرض التلال 10- ميكرومتر بدرجة حرارة تشغيل مستمرة تصل إلى 64 درجة وطاقة خرج في درجة حرارة الغرفة تبلغ 20 ميجاوات؛ هذه هي أعلى درجة حرارة تشغيل مستمرة تم الإبلاغ عنها حتى الآن عند طول موجي مماثل. بالنسبة لليزر المتتالي بين النطاقات بطول موجة يبلغ 5.2 ميكرومتر، تبلغ كثافة تيار عتبة النبضة في درجة حرارة الغرفة لجهاز واسع النطاق 306 أمبير/سم2، في حين تبلغ كثافة تيار عتبة النبض في جهاز واسع النطاق 306 أمبير/سم2، في حين أن كثافة جهاز التلال الضيقة بطول تجويف يبلغ 2 مم وحافة يصل عرض 10 ميكرومتر إلى الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المستمرة البالغة 41 درجة، مع طاقة خرج في درجة حرارة الغرفة تبلغ 10 ميجاوات، حيث تكون كثافة تيار العتبة هي الأدنى المُبلغ عنها عند أطوال موجية مماثلة.
الورقة ذات الصلة "تشغيل الموجة المستمرة ذات درجة الحرارة العالية لليزر المتتالي بين النطاقات القائم على InAs" (DOI: 10.1063/5.0171089) و"الليزر المتتالي بين النطاقات القائم على InAs الذي يعمل عند 5.17 ميكرومتر في موجة مستمرة فوق درجة حرارة الغرفة" (10.1109/LPT. 2023.3335856) المنشورة في رسائل الفيزياء التطبيقية ورسائل تكنولوجيا الضوئيات IEEE، على التوالي.
( أ ) أطياف الإثارة المستمرة لجهاز بطول موجة يبلغ 5.2 ميكرومتر وطول تجويف 2 مم وعرض 10 ميكرومتر بين 15 درجة و 41 درجة ؛
(ب) منحنيات قوة التيار والجهد المستمر لنفس الجهاز بين 15 درجة و 41 درجة.
يعتمد الليزر المتسلسل بين النطاقات على هندسة نطاق الطاقة وميكانيكا الكم لتوليد الإثارة، مع محتوى تقني عالي والعديد من صعوبات التطوير، وهو تجسيد مهم للتكنولوجيا الأساسية الوطنية لأجهزة النانو والكم، وهو مدرج الآن كوسط مهم - مصدر ليزر بالأشعة تحت الحمراء مع الليزر الكمي المتتالي (QCL)، الذي له تطبيقات مهمة وقيمة في مجالات مثل المراقبة البيئية والتحكم الصناعي والتشخيص الطبي والاتصالات في الفضاء الحر. لها قيمة تطبيقية مهمة وأهمية علمية في مجالات المراقبة البيئية والتحكم الصناعي والتشخيص الطبي والاتصالات في الفضاء الحر.
تم اقتراح المفهوم الأصلي للليزر المتسلسل بين النطاقات لأول مرة من قبل البروفيسور رويكينج يانج (روي كيو يانج) من جامعة أوكلاهوما في عام 1994، وبشكل أساسي يتم استخدام نظام المواد الثلاثية الخماسية InAs/GaSb/AlSb المطابق للشبكة تقريبًا للبناء ومعظم المنطقة النشطة هي InAs/GaInSb، وهما نوعان من الآبار الكمومية، والتي يمكن أن تغطي نطاق الطول الموجي من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى الأشعة تحت الحمراء البعيدة. يمكن أن تغطي القدرة نطاق الطول الموجي من الأشعة تحت الحمراء المتوسطة إلى الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
تجمع أجهزة الليزر المتتالية بين النطاقات بين مزايا ليزر ديود أشباه الموصلات التقليدي وأشعة الليزر المتتالية الكمومية، ولها كثافة طاقة عتبة أقل وكثافة تيار عتبة أقل من أشعة الليزر المتتالية الكمومية التي تغطي أيضًا نطاق الطول الموجي المتوسط للأشعة تحت الحمراء، وهذه الميزة المنخفضة للغاية في استهلاك الطاقة مهمة جدًا. في بعض التطبيقات التي تتطلب أجهزة محمولة تعمل بالبطارية.
في الوقت الحاضر، لا تزال الشركات الأجنبية تهيمن على سوق الليزر المتتالي بين النطاقات العالمية، ولا يزال السوق المحلي في المرحلة الأولى من التطور الصناعي. يشير العملان المذكوران في هذه الورقة إلى أن شركة Ruichuang Photonics قد وصلت إلى مستوى تقني عالٍ في جوانب متعددة من التصميم الفوقي وإعداد أجهزة الليزر المتتالي بين النطاقات، وأصبحت مؤسسة أتقنت تكنولوجيا الليزر المتتالي عالي الأداء بين النطاقات. يضع هذا العمل أيضًا أساسًا متينًا للتطوير والإنتاج الضخم لأشعة الليزر المتسلسلة ذات النطاق البيني DFB القابلة للضبط أحادية الوضع.
