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      新型中紅外激光二極管轉換效率超50%

      發布日期:2019-12-25瀏覽次數:972
         美國西北大學的研究人員研制出了一種小型中紅外激光二極管,其轉換效率超過50%。有關報道稱這一成果是量子級聯激光器(QCL)研究的重大突破,使量子級聯激光器向多個領域的實際應用,包括對危險化學品的遠程探測,邁出了重要一步。相關研究成果刊發在最近的《自然·光子學》雜志網絡版上。

        量子級聯激光器是一種發光機制異于傳統半導體激光器的新型二極管激光器,根據量子力學原理設計,其發光波長可覆蓋中紅外區域。與傳統的二極管激光器不同,量子級聯激光器是單極器件,僅需電子即可運作,利用電子在一維量子化的導帶間的躍遷來實現發光。經過多年的研究和工業化開發,現代近紅外(波長在1微米左右)激光二極管的轉換效率已接近極值,而中紅外(波長大于3微米)激光二極管卻很難達到效率極值。先前的報道認為,即使冷卻到低溫狀態,高效量子級聯激光器的轉換效率也不會高于40%。

        美國西北大學量子器件研究中心(CQD)的研究人員通過優化激光器設備的材料質量,在量子級聯激光器效率方面取得了突破性進展。他們剔除了在低溫條件下激光器操作中非必要的設計元素,研制出的新型激光器在溫度冷卻到40開爾文時,4.85微米波長光的轉換效率達到了53%。

        該研究小組的領導者、美國西北大學麥考密克工程與應用科學學院電氣工程和計算機科學教授瑪尼杰·拉澤吉認為,這種高效激光器的問世是一個重大突破,這是科學家們首次使激光器發出的光能超過熱能。她強調,激光器的轉換效率突破50%這個門檻,是一個里程碑式的成就。

        報道稱,提高轉換效率依然是目前激光器研究的首要目標。而新型設備所展現的高效率,可大大擴展量子級聯激光器的功率標定范圍。最近的研究表明,伴隨著量子級聯激光器的廣泛發展,單體脈沖激光器的輸出功率已高達120瓦特,而在一年前,只有34瓦特。

        該研究得到了美國國防部高級研究計劃局高效中紅外激光器(EMIL)項目和美國海軍研究所的共同資助。
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