Квантово-каскадный лазер

Квантово-каскадные лазеры (ККЛ) — это полупроводниковые лазеры , излучающие в средней и дальней инфракрасной части электромагнитного спектра . Впервые они были продемонстрированы Жеромом Фаистом , Федерико Капассо , Деборой Сивко, Карло Сиртори, Альбертом Хатчинсоном и Альфредом Чо в компании Bell. Лаборатории в 1994 году. ^[1]

В отличие от типичных межзонных полупроводниковых лазеров , которые излучают электромагнитное излучение за счет рекомбинации электронно-дырочных пар материала через запрещенную зону , ККЛ униполярны, а лазерное излучение достигается за счет использования межподзонных переходов в повторяющейся стопке полупроводниковых с множественными квантовыми ямами гетероструктур . Идея впервые была предложена в статье «Возможность усиления электромагнитных волн в полупроводнике со сверхрешеткой » в 1971 году. Р. Ф. Казаринова и Р. А. Суриса ^[2]

Межподзонные и межзонные переходы

Внутри объемного полупроводникового кристалла электроны могут занимать состояния в одной из двух непрерывных энергетических зон — валентной зоне , которая густо заселена электронами с низкой энергией, и зоне проводимости , которая редко заселена электронами с высокой энергией. Две энергетические зоны разделены энергетической запрещенной зоной, в которой нет разрешенных состояний, которые могли бы занять электроны. Обычные полупроводниковые лазерные диоды одного фотона генерируют свет за счет испускания , когда электрон высокой энергии в зоне проводимости рекомбинирует с дыркой в валентной зоне. Таким образом, энергия фотона и, следовательно, длина волны излучения лазерных диодов определяется шириной запрещенной зоны используемой материальной системы.

Однако ККЛ не использует объемные полупроводниковые материалы в своей оптически активной области. Вместо этого он состоит из периодической серии тонких слоев различного материального состава, образующих сверхрешетку . Сверхрешетка создает изменяющийся электрический потенциал по всей длине устройства, а это означает, что существует различная вероятность того, что электроны займут разные положения по длине устройства. Это называется одномерным множественных квантовых ям ограничением и приводит к расщеплению зоны разрешенных энергий на ряд дискретных электронных подзон. За счет подходящего подбора толщины слоя можно реализовать инверсию населенностей между двумя поддиапазонами в системе, которая необходима для достижения лазерного излучения. Поскольку положение энергетических уровней в системе в первую очередь определяется толщиной слоев, а не материалом, можно настраивать длину волны излучения ККЛ в широком диапазоне в одной и той же материальной системе.

Кроме того, в полупроводниковых лазерных диодах электроны и дырки аннигилируют после рекомбинации через запрещенную зону и больше не могут играть никакой роли в генерации фотонов. Однако в униполярной ККЛ, как только электрон претерпел межподзонный переход и испустил фотон в одном периоде сверхрешетки, он может туннелировать в следующий период структуры, где может быть испущен еще один фотон. Этот процесс, когда один электрон вызывает излучение нескольких фотонов при прохождении через структуру ККЛ, дает начало названному каскаду и делает возможным квантовую эффективность , превышающую единицу, что приводит к более высоким выходным мощностям, чем у полупроводниковых лазерных диодов.

Принципы работы

Уравнения скорости

Заселенность подзон определяется скоростью межподзонного рассеяния и током инжекции/вывода.

QCL обычно основаны на трехуровневой системе . ^[3] Предполагая, что формирование волновых функций является быстрым процессом по сравнению с рассеянием между состояниями, можно применить независимые от времени решения уравнения Шредингера и смоделировать систему с использованием уравнений скорости. Каждая подзона содержит некоторое количество электронов $n_{i}$ (где $i$ – индекс поддиапазона), которые разбросаны между уровнями со временем жизни $\tau _{if}$ (обратная средней скорости межподзонного рассеяния $W_{if}$ ), где $i$ и $f$ – начальный и конечный индексы поддиапазонов. Предполагая, что никакие другие поддиапазоны не заполнены, уравнения скорости для трехуровневых лазеров имеют вид:

{\frac {\mathrm {d} n_{3}}{\mathrm {d} t}}=I_{\mathrm {in} }+{\frac {n_{1}}{\tau _{13}}}+{\frac {n_{2}}{\tau _{23}}}-{\frac {n_{3}}{\tau _{31}}}-{\frac {n_{3}}{\tau _{32}}}

{\frac {\mathrm {d} n_{2}}{\mathrm {d} t}}={\frac {n_{3}}{\tau _{32}}}+{\frac {n_{1}}{\tau _{12}}}-{\frac {n_{2}}{\tau _{21}}}-{\frac {n_{2}}{\tau _{23}}}

{\frac {\mathrm {d} n_{1}}{\mathrm {d} t}}={\frac {n_{2}}{\tau _{21}}}+{\frac {n_{3}}{\tau _{31}}}-{\frac {n_{1}}{\tau _{13}}}-{\frac {n_{1}}{\tau _{12}}}-I_{\mathrm {out} }

В установившемся режиме производные по времени равны нулю и $I_{\mathrm {in} }=I_{\mathrm {out} }=I$ . Таким образом, общее уравнение скорости для электронов в подзоне i системы N -уровней имеет вид:

{\frac {\mathrm {d} n_{i}}{\mathrm {d} t}}=\sum \limits _{j=1}^{N}{\frac {n_{j}}{\tau _{ji}}}-n_{i}\sum \limits _{j=1}^{N}{\frac {1}{\tau _{ij}}}+I(\delta _{iN}-\delta _{i1})

,

В предположении, что процессами поглощения можно пренебречь (т.е. ${\frac {n_{1}}{\tau _{12}}}={\frac {n_{2}}{\tau _{23}}}=0$ , справедливо при низких температурах) уравнение средней скорости дает

{\frac {n_{3}}{\tau _{32}}}={\frac {n_{2}}{\tau _{21}}}

Следовательно, если $\tau _{32}>\tau _{21}$ (т.е. $W_{21}>W_{32}$ ) затем $n_{3}>n_{2}$ и будет существовать инверсия населенности. Численность населения определяется как

{\frac {n_{3}}{n_{2}}}={\frac {\tau _{32}}{\tau _{21}}}={\frac {W_{21}}{W_{32}}}

Если суммировать все N уравнений установившейся скорости, правая часть становится нулевой, что означает, что система недоопределена , и можно только найти относительную заселенность каждого поддиапазона. Если суммарная листовая плотность носителей $N_{\mathrm {2D} }$ в системе также известно, то абсолютную совокупность несущих в каждом поддиапазоне можно определить с помощью:

\sum \limits _{i=1}^{N}n_{i}=N_{\mathrm {2D} }

.

В качестве приближения можно предположить, что все носители в системе поставляются путем легирования . Если примесь имеет незначительную энергию ионизации , то $N_{\mathrm {2D} }$ приблизительно равна плотности легирования.

Проекты активных регионов

Скорость рассеяния регулируется подходящим выбором толщины слоев в сверхрешетке, которая определяет волновые функции электронов подзон. Скорость рассеяния между двумя подзонами сильно зависит от перекрытия волновых функций и энергетического расстояния между подзонами. На рисунке показаны волновые функции в активной области ККЛ с тремя квантовыми ямами (3QW) и инжекторе.

Чтобы уменьшить $W_{32}$ , перекрытие верхнего и нижнего лазерных уровней уменьшается. Это часто достигается за счет выбора толщины слоя таким образом, чтобы верхний лазерный уровень в основном локализовался в левой яме активной области 3QW, в то время как волновая функция нижнего лазерного уровня располагалась в основном в центральной и правой ямах. . Это известно как диагональный переход. Вертикальный переход – это переход, при котором верхний лазерный уровень локализован преимущественно в центральной и правой ямах. Это увеличивает перекрытие и, следовательно, $W_{32}$ что уменьшает инверсию населенности, но увеличивает силу радиационного перехода и, следовательно, коэффициент усиления .

Чтобы увеличить $W_{21}$ Нижний лазерный уровень и волновые функции наземного уровня спроектированы таким образом, чтобы они имели хорошее перекрытие и увеличивали $W_{21}$ кроме того, энергетическое расстояние между подзонами рассчитано таким образом, чтобы оно было равно энергии продольного оптического (LO) фонона (~ 36 мэВ в GaAs), так что резонансное рассеяние фононов на электронах LO может быстро опустошить нижний лазерный уровень.

Материальные системы

Первый ККЛ был изготовлен в системе материалов GaInAs / AlInAs , согласованной по решетке с подложкой InP . ^[1] Эта конкретная материальная система имеет смещение зоны проводимости (глубину квантовой ямы) 520 мэВ . Эти устройства на основе InP достигли очень высокого уровня производительности в среднем инфракрасном излучения при температуре выше комнатной спектральном диапазоне, обеспечивая высокую мощность непрерывного . ^[4]

В 1998 году ККЛ GaAs / AlGaAs были продемонстрированы Сиртори и др. доказывая, что концепция контроля качества не ограничивается одной материальной системой. ^[5] Эта материальная система имеет различную глубину квантовой ямы в зависимости от доли алюминия в барьерах. ^{[ нужна ссылка ]} Хотя ККЛ на основе GaAs не соответствуют уровням производительности ККЛ на основе InP в среднем инфракрасном диапазоне, они оказались очень успешными в терагерцовой области спектра. ^[6]

Коротковолновый предел ККЛ определяется глубиной квантовой ямы, и недавно ККЛ были разработаны в материальных системах с очень глубокими квантовыми ямами для достижения коротковолнового излучения. Система материалов InGaAs/AlAsSb имеет квантовые ямы глубиной 1,6 эВ и используется для изготовления ККЛ, излучающих на длине волны 3,05 мкм. ^[7] ККЛ InAs/AlSb имеют квантовые ямы глубиной 2,1 эВ, и наблюдалась электролюминесценция на длинах волн всего 2,5 мкм. ^[8]

Пара InAs/AlSb представляет собой новейшее семейство материалов ККЛ по сравнению со сплавами, выращенными на подложках InP и GaAs. Основным преимуществом системы материалов InAs/AlSb является малая эффективная масса электронов в квантовых ямах, что способствует высокому межподзонному усилению. ^[9] Это преимущество можно лучше использовать в длинноволновых ККЛ, где уровни лазерного перехода близки к дну зоны проводимости, а эффект непараболичности слаб. ККЛ на основе InAs продемонстрировали работу непрерывной волны (CW) при комнатной температуре (RT) на длинах волн до $17.7~\mu m$ с импульсной пороговой плотностью тока $J_{th}$ так низко, как $1~kA/cm^{2}$ . ^[10] Низкие значения $J_{th}$ были также достигнуты в ККЛ на основе InAs, излучающих в других спектральных областях: $0.715~kA/cm^{2}$ в $15~\mu m$ , ^[11] $0.99~kA/cm^{2}$ в $11~\mu m$ ^[12] и $0.75~kA/cm^{2}$ в $7.7~\mu m$ ^[13] (ККЛ, выращенный на InAs). Совсем недавно QCL на основе InAs работали вблизи $14~\mu m$ с $J_{th}$ так низко, как $0.6~kA/cm^{2}$ при комнатной температуре были продемонстрированы. Полученный порог ниже, чем $J_{th}$ из лучших на сегодняшний день QCL на основе InP без обработки фасетов. ^[14]

ККЛ также могут обеспечить работу лазера с материалами, которые традиционно считаются имеющими плохие оптические свойства. Материалы с непрямой запрещенной зоной, такие как кремний, имеют минимальную энергию электронов и дырок при разных значениях импульса . При межзонных оптических переходах носители изменяют импульс посредством медленного промежуточного процесса рассеяния, что резко снижает интенсивность оптического излучения. Однако межподзонные оптические переходы не зависят от относительного импульса минимумов зоны проводимости и валентной зоны, и Si / SiGe . были сделаны теоретические предложения для квантовых каскадных эмиттеров ^[15] Межподзонная электролюминесценция неполярных гетероструктур SiGe наблюдалась в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах длин волн, как в валентном диапазоне, так и в дальнем инфракрасном диапазоне. ^[16]^[17]^[18] и зона проводимости. ^[19]

Длины волн излучения

ККЛ в настоящее время охватывают диапазон длин волн от 2,63 мкм. ^[20] до 250 мкм ^[21](и расширяется до 355 мкм при приложении магнитного поля. ^{[ нужна ссылка ]})

Оптические волноводы

Первым шагом в обработке материала квантового каскадного усиления для создания полезного светоизлучающего устройства является заключение усиливающей среды в оптический волновод . Это позволяет направить излучаемый свет в коллимированный луч и позволяет лазерный резонатор построить таким образом, чтобы свет можно было подавать обратно в усиливающую среду.

Обычно используются два типа оптических волноводов. Гребневой волновод создается путем травления параллельных канавок в материале усиления квантового каскада для создания изолированной полосы материала QC, обычно шириной ~ 10 мкм и длиной несколько мм. В канавках обычно наносится диэлектрический материал , который направляет инжектируемый ток в гребень, затем весь гребень обычно покрывают золотом, чтобы обеспечить электрический контакт и помочь отводить тепло от гребня, когда он излучает свет. Свет излучается из сколов на концах волновода, размер активной области обычно составляет всего несколько микрометров.

Второй тип волновода представляет собой скрытую гетероструктуру . Здесь материал контроля качества также подвергается травлению для получения изолированного гребня. Однако теперь за хребтом выращивают новый полупроводниковый материал. Изменение показателя преломления между материалом QC и заросшим материалом достаточно для создания волновода. Диэлектрический материал также наносится на заросший материал вокруг гребня QC, чтобы направлять инжектируемый ток в усиливающую среду QC. Волноводы со скрытой гетероструктурой эффективно отводят тепло из активной области КК при излучении света.

Типы лазеров

Хотя усиливающую среду квантового каскада можно использовать для получения некогерентного света в суперлюминесцентной конфигурации, ^[22] чаще всего он используется в сочетании с оптическим резонатором для формирования лазера.

Лазеры Фабри – Перо

Это простейший из квантово-каскадных лазеров. Оптический волновод сначала изготавливается из материала квантового каскада, чтобы сформировать усиливающую среду. Затем концы кристаллического полупроводникового устройства скалываются, образуя два параллельных зеркала на обоих концах волновода, образуя таким образом резонатор Фабри – Перо . Остаточная отражательная способность на сколах на границе раздела полупроводник-воздух достаточна для создания резонатора. Квантовые каскадные лазеры Фабри-Перо способны генерировать большую мощность. ^[23] но обычно являются многомодовыми при более высоких рабочих токах. Длину волны можно изменить главным образом путем изменения температуры устройства контроля качества.

Лазеры с распределенной обратной связью

Квантовый каскадный лазер с распределенной обратной связью (DFB) ^[24] похож на лазер Фабри-Перо, за исключением распределенного брэгговского отражателя (DBR), встроенного в верхнюю часть волновода, чтобы предотвратить его излучение на длине волны, отличной от желаемой. Это приводит к одномодовой работе лазера даже при более высоких рабочих токах. DFB-лазеры можно настраивать главным образом путем изменения температуры, хотя интересный вариант настройки можно получить, используя импульсный DFB-лазер. В этом режиме длина волны лазера быстро « чирпируется » в ходе импульса, что позволяет быстро сканировать спектральную область. ^[25]

Лазеры с внешним резонатором

В квантово-каскадном лазере с внешним резонатором (ЭК) устройство квантового каскада служит в качестве усиливающей среды лазера. Одна или обе грани волновода имеют просветляющее покрытие, которое подавляет действие оптического резонатора сколотых граней. Затем зеркала располагаются в конфигурации, внешней по отношению к устройству контроля качества, для создания оптического резонатора.

Если во внешний резонатор включить частотно-селективный элемент, можно уменьшить излучение лазера до одной длины волны и даже настроить излучение. Например, дифракционные решетки использовались для создания ^[26] , перестраиваемый лазер который может настраивать более 15% своей центральной длины волны.

Расширенные тюнинговые устройства

Существует несколько способов расширения диапазона перестройки квантовых каскадных лазеров с использованием только монолитно интегрированных элементов. Встроенные нагреватели могут расширить диапазон настройки при фиксированной рабочей температуре до 0,7% от центральной длины волны. ^[27] а сверхструктурные решетки, действующие за счет эффекта Вернье, могут расширить его до 4% центральной длины волны, ^[28] по сравнению с <0,1% для стандартного устройства DFB.

Рост

Чередующиеся слои двух разных полупроводников , образующих квантовую гетероструктуру , можно выращивать на подложке с использованием различных методов, таких как молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) или металлоорганическая эпитаксия из паровой фазы (MOVPE), также известная как химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений . МОКВД).

Приложения

Квантовые каскадные лазеры Фабри-Перо (FP) были впервые коммерциализированы в 1998 году. ^[29] Устройства с распределенной обратной связью (DFB) были впервые коммерциализированы в 2004 году. ^[30] и широко перестраиваемые квантово-каскадные лазеры с внешним резонатором, впервые коммерциализированные в 2006 году. ^[31] Высокая выходная оптическая мощность, диапазон настройки и возможность работы при комнатной температуре делают QCL полезными для спектроскопических приложений, таких как дистанционное зондирование газов окружающей среды и загрязняющих веществ в атмосфере. ^[32] и безопасность. Со временем их можно будет использовать для автомобильного круиз-контроля в условиях плохой видимости . ^{[ нужна ссылка ]} предотвращения столкновений радар , ^{[ нужна ссылка ]} управление производственными процессами, ^{[ нужна ссылка ]} и медицинская диагностика, такая как анализаторы дыхания. ^[33] ККЛ также используются для изучения химии плазмы. ^[34]

При использовании в многолазерных системах внутриимпульсная ККЛ-спектроскопия обеспечивает широкополосный спектральный охват, который потенциально может быть использован для идентификации и количественного определения сложных тяжелых молекул, например, в токсичных химикатах, взрывчатых веществах и лекарствах. ^{[ нужны разъяснения ]}^[35]

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Фаист, Джером; Федерико Капассо; Дебора Л. Сивко; Карло Сиртори; Альберт Л. Хатчинсон; Альфред Ю. Чо (апрель 1994 г.). «Квантовый каскадный лазер». Наука . 264 (5158): 553–556. Бибкод : 1994Sci...264..553F . дои : 10.1126/science.264.5158.553 . ПМИД 17732739 . S2CID 220111282 .
^ Казаринов, РФ; Сурис, Р.А. (апрель 1971 г.). «Возможность усиления электромагнитных волн в полупроводнике со сверхрешеткой». Физика и техника полупроводников [ ru ] . 5 (4): 797–800.
^ Пирсолл, Томас (2020). Квантовая фотоника, 2-е издание . Тексты для аспирантов по физике. Спрингер. дои : 10.1007/978-3-030-47325-9 . ISBN 978-3-030-47324-2 . S2CID 240934073 .
^ Разеги, Мание (2009). «Высокопроизводительные квантовые каскадные лазеры среднего ИК диапазона на основе InP». Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 15 (3): 941–951. Бибкод : 2009IJSTQ..15..941R . дои : 10.1109/JSTQE.2008.2006764 . S2CID 37864645 .
^ Сиртори; и др. (1998). «GaAs/Al _x Ga _1−x As квантовые каскадные лазеры». Прил. Физ. Летт . 73 (24): 3486. Бибкод : 1998ApPhL..73.3486S . дои : 10.1063/1.122812 .
^ Уильямс, Бенджамин С. (2007). «Терагерцовые квантово-каскадные лазеры» (PDF) . Природная фотоника . 1 (9): 517–525. Бибкод : 2007NaPho...1..517W . дои : 10.1038/nphoton.2007.166 . hdl : 1721.1/17012 . ISSN 1749-4885 . S2CID 29073195 .
^ Ревин, Д.Г.; Кокберн, JW; Стир, MJ; Эйри, Р.Дж.; Хопкинсон, М.; Крыса, АБ; Уилсон, ЛР; Мензель, С. (8 января 2007 г.). «Квантовые каскадные лазеры InGaAs/AlAsSb/InP, работающие на длинах волн, близких к 3 мкм». Письма по прикладной физике . 90 (2): 021108. Бибкод : 2007ApPhL..90b1108R . дои : 10.1063/1.2431035 . ISSN 0003-6951 .
^ Барате, Д.; Тейсье, Р.; Ван, Ю.; Баранов, АН (2005). «Коротковолновое межподзонное излучение квантовых каскадных структур InAs/AlSb». Письма по прикладной физике . 87 (5): 051103. Бибкод : 2005ApPhL..87e1103B . дои : 10.1063/1.2007854 . ISSN 0003-6951 . S2CID 40872029 .
^ Баранов Алексей Н.; Тейсье, Роланд (2015). «Квантовые каскадные лазеры в системе материалов InAs/AlSb» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 21 (6): 85–96. Бибкод : 2015IJSTQ..21...85B . дои : 10.1109/JSTQE.2015.2426412 . ISSN 1077-260X . S2CID 46218942 .
^ Нгуен Ван, Хоанг; Логмари, Зейнеб; Филип, Адриан; Бахриз, Майкл; Баранов Алексей Н.; Тейсье, Роланд (2019). «Длинноволновые (λ > 17 мкм) квантово-каскадные лазеры с распределенной обратной связью, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре» . Фотоника . 6 (1): 31. Бибкод : 2019Фото...6...31Н . doi : 10.3390/photonics6010031 . ISSN 2304-6732 .
^ Баранов Алексей Н.; Бахриз, Майкл; Тейсье, Роланд (8 августа 2016 г.). «Работа квантовых каскадных лазеров на основе InAs при комнатной температуре и длине волны 15 мкм» . Оптика Экспресс . 24 (16): 18799–19506. Бибкод : 2016OExpr..2418799B . дои : 10.1364/OE.24.018799 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 27505843 .
^ Логмари, З.; Бахриз, М.; Томас, Д. Диас; Мегекам, А.; Ван, Х. Нгуен; Тейсье, Р.; Баранов, АН (2018). «Работа квантового каскадного лазера на основе InAs/AlSb с непрерывной волной при комнатной температуре на длине волны λ ~ 11 мкм» . Электронные письма 54 (17): 1045–1047. Бибкод : 2018ElL.... 54.1045L дои : 10.1049/эл.2018.5258 . ISSN 0013-5194 . S2CID 126174361 .
^ Логмари, З.; Родригес, Ж.-Б.; Баранов А.Н.; Рио-Кальво, М.; Черутти, Л.; Мегекам, А.; Бахриз, М.; Тейсье, Р.; Турнье, Э. (01 апреля 2020 г.). «Квантовые каскадные лазеры на основе InAs, выращенные на кремниевой подложке на оси (001)» . АПЛ Фотоника . 5 (4): 041302. Бибкод : 2020APLP....5d1302L . дои : 10.1063/5.0002376 . S2CID 218844666 .
^ Кинджалк, Кумар; Диас-Томас, Даниэль Андрес; Логмари, Зейнеб; Бахриз, Майкл; Тейсье, Роланд; Баранов, Алексей Н. (2022). «Квантовые каскадные лазеры на основе InAs с чрезвычайно низким порогом» . Фотоника . 9 (10): 747. Бибкод : 2022Фото...9..747К . doi : 10.3390/photonics9100747 . ISSN 2304-6732 .
^ Пол, Дуглас Дж (2004). «Гетероструктуры Si/SiGe: от материала и физики к устройствам и схемам» (аннотация) . Полусекундный. наук. Технол . 19 (10): С75–Р108. Бибкод : 2004SeScT..19R..75P . дои : 10.1088/0268-1242/19/10/R02 . S2CID 250846255 . Проверено 18 февраля 2007 г.
^ Делингер, Г.; Диль, Л.; Геннсер, У.; Сигг, Х.; Фаист, Дж.; Энслин, К.; Грюцмахер, Д.; Мюллер, Э. (22 декабря 2000 г.). «Межподзонная электролюминесценция квантовых каскадных структур на основе кремния» . Наука . 290 (5500): 2277–2280. дои : 10.1126/science.290.5500.2277 . ПМИД 11125134 .
^ Линч, ЮАР; Бейтс, Р.; Пол, диджей; Норрис, диджей; Каллис, АГ; Иконич, З.; Келсолл, RW; Харрисон, П.; Арноне, Д.Д.; Пиджон, Чехия (26 августа 2002 г.). «Межподзонная электролюминесценция каскадных эмиттеров Si/SiGe на терагерцовых частотах» . Письма по прикладной физике . 81 (9): 1543–1545. Бибкод : 2002ApPhL..81.1543L . дои : 10.1063/1.1501759 . ISSN 0003-6951 .
^ Пол, диджей (2010). «Прогресс в создании терагерцовых квантовых каскадных лазеров на кремниевых подложках» . Обзоры лазеров и фотоники . 4 (5): 610–632. Бибкод : 2010ЛПРв....4..610П . дои : 10.1002/lpor.200910038 . ISSN 1863-8899 . S2CID 120927848 .
^ Старк, Дэвид; Мирза, Мухаммед; Персикетти, Люк; Монтанари, Микеле; Маркманн, Сергей; Бек, Маттиас; Грейндж, Томас; Бирнер, Стивен; Вирджил, Майкл; Чиано, Клара; Ортолани, Микеле (08 марта 2021 г.). «ТГц межподзонная электролюминесценция квантовых каскадных структур Ge/SiGe n-типа» . Письма по прикладной физике . 118 (10): 101101. arXiv : 2101.05518 . Бибкод : 2021ApPhL.118j1101S . дои : 10.1063/5.0041327 . ISSN 0003-6951 . S2CID 231602947 .
^ Катабард, О.; Тейсье, Р.; Девенсон, Дж.; Морено, Дж. К.; Баранов, АН (2010). «Квантовые каскадные лазеры с длиной волны излучения около 2,6 мкм». Письма по прикладной физике . 96 (14): 141110. Бибкод : 2010ApPhL..96n1110C . дои : 10.1063/1.3385778 .
^ Вальтер, К.; Фишер, М.; Скалари, Г.; Терацци, Р.; Хойлер, Н.; Фаист, Дж. (2007). «Квантовые каскадные лазеры, работающие от 1,2 до 1,6 ТГц». Письма по прикладной физике . 91 (13): 131122. Бибкод : 2007ApPhL..91m1122W . дои : 10.1063/1.2793177 .
^ Зибик, Е.А.; WH Нг; Д.Г. Ревин; Л. Р. Уилсон; Дж. В. Кокберн; КМ Жених; М. Хопкинсон (март 2006 г.). «Широкополосные 6 мкм < λ < 8 мкм суперлюминесцентные квантово-каскадные светодиоды». Прил. Физ. Летт . 88 (12): 121109. Бибкод : 2006ApPhL..88l1109Z . дои : 10.1063/1.2188371 .
^ Сливкен, С.; А. Эванс; Дж. Дэвид; М. Разеги (декабрь 2002 г.). «Квантовые каскадные лазеры высокой средней мощности и большого рабочего цикла (λ ~ 6 мкм)». Письма по прикладной физике . 81 (23): 4321–4323. Бибкод : 2002ApPhL..81.4321S . дои : 10.1063/1.1526462 .
^ Фаист, Джером; Клэр Гмахл; Фредерико Капассо; Карло Сиртори; Дебора Л. Сильвко; Джеймс Н. Байаржон; Альфред Ю. Чо (май 1997 г.). «Квантовые каскадные лазеры с распределенной обратной связью». Письма по прикладной физике . 70 (20): 2670. Бибкод : 1997ApPhL..70.2670F . дои : 10.1063/1.119208 .
^ «Квантово-каскадные лазеры чуют успех» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 01.03.2005. Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 26 марта 2008 г.
^ Маулини, Ричард; Маттиас Бек; Жером Фаист; Эмилио Джини (март 2004 г.). «Широкополосная настройка квантово-каскадных лазеров с внешним резонатором, связанным с континуумом». Письма по прикладной физике . 84 (10): 1659. Бибкод : 2004ApPhL..84.1659M . дои : 10.1063/1.1667609 .
^ Бисмуто, Альфредо; Бидо, Ив; Тарди, Камилла; Терацци, Ромен; Греш, Тобиас; Вольф, Джоанна; Блазер, Стефан; Мюллер, Антуан; Фаист, Джером (2015). «Расширенная настройка квантовых каскадных лазеров среднего ИК диапазона с использованием встроенных резистивных нагревателей» . Оптика Экспресс . 23 (23): 29715–29722. Бибкод : 2015OExpr..2329715B . дои : 10.1364/OE.23.029715 . ПМИД 26698453 .
^ Бидо, Ив; Бисмуто, Альфредо; Тарди, Камилла; Терацци, Ромен; Греш, Тобиас; Блазер, Стефан; Мюллер, Антуан; Фаист, Джером (4 ноября 2015 г.). «Расширенная и квазинепрерывная настройка квантовых каскадных лазеров с использованием сверхструктурных решеток и встроенных нагревателей». Письма по прикладной физике . 107 (22): 221108. Бибкод : 2015ApPhL.107v1108B . дои : 10.1063/1.4936931 .
^ «Выписка из торгового реестра» . Коммерческий регистр . Проверено 28 апреля 2016 г.
^ «Alpes предлагает непрерывные и импульсные квантовые каскадные лазеры» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 19 апреля 2004 г. Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 1 декабря 2007 г.
^ «Настраиваемый лазер для контроля качества открывает возможности для применения в среднем ИК-диапазоне» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 01 июля 2006 г. Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 26 марта 2008 г.
^ Норманд, Эрван; Хауисон, Иэн; Маккалок, Майкл Т. (апрель 2007 г.). «Квантово-каскадные лазеры позволяют использовать газочувствительные технологии» . Мир лазерного фокуса . 43 (4): 90–92. ISSN 1043-8092 . Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 25 января 2008 г.
^ Ханнеманн, М.; Антуфьев А.; Боргманн, К.; Хемпель, Ф.; Иттерманн, Т.; Вельцель, С.; Вельтманн, К.Д.; Вёльцке, Х.; Репке, Дж. (2011). «Влияние возраста и пола на образцы выдыхаемого воздуха, исследованные с помощью инфракрасной лазерной абсорбционной спектроскопии». Журнал исследований дыхания . 5 (27101) (опубликовано 1 апреля 2011 г.): 9. Бибкод : 2011JBR.....5b7101H . дои : 10.1088/1752-7155/5/2/027101 . ПМИД 21460420 . S2CID 23963086 .
^ Ланг, Н.; Репке, Дж.; Веге, С.; Штайнах, А. (2009). «Диагностика плазмы травления in situ для управления технологическим процессом с использованием квантово-каскадной лазерной абсорбционной спектроскопии». Европейский физический журнал «Прикладная физика» . 49 (13110) (опубликовано 11 декабря 2009 г.): 3. Bibcode : 2010EPJAP..49a3110L . дои : 10.1051/epjap/2009198 .
^ Хауисон, Иэн; Норманд, Эрван; Маккалок, Майкл Т. (1 марта 2005 г.). «Квантово-каскадные лазеры чуют успех» . Мир лазерного фокуса . 41 (3): С3–+. ISSN 0740-2511 . Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 25 января 2008 г.

Внешние ссылки

[QCL1-1] Jump up to: ^а ^б Фаист, Джером; Федерико Капассо; Дебора Л. Сивко; Карло Сиртори; Альберт Л. Хатчинсон; Альфред Ю. Чо (апрель 1994 г.). «Квантовый каскадный лазер». Наука . 264 (5158): 553–556. Бибкод : 1994Sci...264..553F . дои : 10.1126/science.264.5158.553 . ПМИД 17732739 . S2CID 220111282 .

[2] Казаринов, РФ; Сурис, Р.А. (апрель 1971 г.). «Возможность усиления электромагнитных волн в полупроводнике со сверхрешеткой». Физика и техника полупроводников [ ru ] . 5 (4): 797–800.

[pears2-3] Пирсолл, Томас (2020). Квантовая фотоника, 2-е издание . Тексты для аспирантов по физике. Спрингер. дои : 10.1007/978-3-030-47325-9 . ISBN 978-3-030-47324-2 . S2CID 240934073 .

[4] Разеги, Мание (2009). «Высокопроизводительные квантовые каскадные лазеры среднего ИК диапазона на основе InP». Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 15 (3): 941–951. Бибкод : 2009IJSTQ..15..941R . дои : 10.1109/JSTQE.2008.2006764 . S2CID 37864645 .

[5] Сиртори; и др. (1998). «GaAs/Al _x Ga _1−x As квантовые каскадные лазеры». Прил. Физ. Летт . 73 (24): 3486. Бибкод : 1998ApPhL..73.3486S . дои : 10.1063/1.122812 .

[6] Уильямс, Бенджамин С. (2007). «Терагерцовые квантово-каскадные лазеры» (PDF) . Природная фотоника . 1 (9): 517–525. Бибкод : 2007NaPho...1..517W . дои : 10.1038/nphoton.2007.166 . hdl : 1721.1/17012 . ISSN 1749-4885 . S2CID 29073195 .

[7] Ревин, Д.Г.; Кокберн, JW; Стир, MJ; Эйри, Р.Дж.; Хопкинсон, М.; Крыса, АБ; Уилсон, ЛР; Мензель, С. (8 января 2007 г.). «Квантовые каскадные лазеры InGaAs/AlAsSb/InP, работающие на длинах волн, близких к 3 мкм». Письма по прикладной физике . 90 (2): 021108. Бибкод : 2007ApPhL..90b1108R . дои : 10.1063/1.2431035 . ISSN 0003-6951 .

[8] Барате, Д.; Тейсье, Р.; Ван, Ю.; Баранов, АН (2005). «Коротковолновое межподзонное излучение квантовых каскадных структур InAs/AlSb». Письма по прикладной физике . 87 (5): 051103. Бибкод : 2005ApPhL..87e1103B . дои : 10.1063/1.2007854 . ISSN 0003-6951 . S2CID 40872029 .

[9] Баранов Алексей Н.; Тейсье, Роланд (2015). «Квантовые каскадные лазеры в системе материалов InAs/AlSb» . Журнал IEEE по избранным темам квантовой электроники . 21 (6): 85–96. Бибкод : 2015IJSTQ..21...85B . дои : 10.1109/JSTQE.2015.2426412 . ISSN 1077-260X . S2CID 46218942 .

[10] Нгуен Ван, Хоанг; Логмари, Зейнеб; Филип, Адриан; Бахриз, Майкл; Баранов Алексей Н.; Тейсье, Роланд (2019). «Длинноволновые (λ > 17 мкм) квантово-каскадные лазеры с распределенной обратной связью, работающие в непрерывном режиме при комнатной температуре» . Фотоника . 6 (1): 31. Бибкод : 2019Фото...6...31Н . doi : 10.3390/photonics6010031 . ISSN 2304-6732 .

[11] Баранов Алексей Н.; Бахриз, Майкл; Тейсье, Роланд (8 августа 2016 г.). «Работа квантовых каскадных лазеров на основе InAs при комнатной температуре и длине волны 15 мкм» . Оптика Экспресс . 24 (16): 18799–19506. Бибкод : 2016OExpr..2418799B . дои : 10.1364/OE.24.018799 . ISSN 1094-4087 . ПМИД 27505843 .

[12] Логмари, З.; Бахриз, М.; Томас, Д. Диас; Мегекам, А.; Ван, Х. Нгуен; Тейсье, Р.; Баранов, АН (2018). «Работа квантового каскадного лазера на основе InAs/AlSb с непрерывной волной при комнатной температуре на длине волны λ ~ 11 мкм» . Электронные письма 54 (17): 1045–1047. Бибкод : 2018ElL.... 54.1045L дои : 10.1049/эл.2018.5258 . ISSN 0013-5194 . S2CID 126174361 .

[13] Логмари, З.; Родригес, Ж.-Б.; Баранов А.Н.; Рио-Кальво, М.; Черутти, Л.; Мегекам, А.; Бахриз, М.; Тейсье, Р.; Турнье, Э. (01 апреля 2020 г.). «Квантовые каскадные лазеры на основе InAs, выращенные на кремниевой подложке на оси (001)» . АПЛ Фотоника . 5 (4): 041302. Бибкод : 2020APLP....5d1302L . дои : 10.1063/5.0002376 . S2CID 218844666 .

[14] Кинджалк, Кумар; Диас-Томас, Даниэль Андрес; Логмари, Зейнеб; Бахриз, Майкл; Тейсье, Роланд; Баранов, Алексей Н. (2022). «Квантовые каскадные лазеры на основе InAs с чрезвычайно низким порогом» . Фотоника . 9 (10): 747. Бибкод : 2022Фото...9..747К . doi : 10.3390/photonics9100747 . ISSN 2304-6732 .

[15] Пол, Дуглас Дж (2004). «Гетероструктуры Si/SiGe: от материала и физики к устройствам и схемам» (аннотация) . Полусекундный. наук. Технол . 19 (10): С75–Р108. Бибкод : 2004SeScT..19R..75P . дои : 10.1088/0268-1242/19/10/R02 . S2CID 250846255 . Проверено 18 февраля 2007 г.

[16] Делингер, Г.; Диль, Л.; Геннсер, У.; Сигг, Х.; Фаист, Дж.; Энслин, К.; Грюцмахер, Д.; Мюллер, Э. (22 декабря 2000 г.). «Межподзонная электролюминесценция квантовых каскадных структур на основе кремния» . Наука . 290 (5500): 2277–2280. дои : 10.1126/science.290.5500.2277 . ПМИД 11125134 .

[17] Линч, ЮАР; Бейтс, Р.; Пол, диджей; Норрис, диджей; Каллис, АГ; Иконич, З.; Келсолл, RW; Харрисон, П.; Арноне, Д.Д.; Пиджон, Чехия (26 августа 2002 г.). «Межподзонная электролюминесценция каскадных эмиттеров Si/SiGe на терагерцовых частотах» . Письма по прикладной физике . 81 (9): 1543–1545. Бибкод : 2002ApPhL..81.1543L . дои : 10.1063/1.1501759 . ISSN 0003-6951 .

[18] Пол, диджей (2010). «Прогресс в создании терагерцовых квантовых каскадных лазеров на кремниевых подложках» . Обзоры лазеров и фотоники . 4 (5): 610–632. Бибкод : 2010ЛПРв....4..610П . дои : 10.1002/lpor.200910038 . ISSN 1863-8899 . S2CID 120927848 .

[19] Старк, Дэвид; Мирза, Мухаммед; Персикетти, Люк; Монтанари, Микеле; Маркманн, Сергей; Бек, Маттиас; Грейндж, Томас; Бирнер, Стивен; Вирджил, Майкл; Чиано, Клара; Ортолани, Микеле (08 марта 2021 г.). «ТГц межподзонная электролюминесценция квантовых каскадных структур Ge/SiGe n-типа» . Письма по прикладной физике . 118 (10): 101101. arXiv : 2101.05518 . Бибкод : 2021ApPhL.118j1101S . дои : 10.1063/5.0041327 . ISSN 0003-6951 . S2CID 231602947 .

[20] Катабард, О.; Тейсье, Р.; Девенсон, Дж.; Морено, Дж. К.; Баранов, АН (2010). «Квантовые каскадные лазеры с длиной волны излучения около 2,6 мкм». Письма по прикладной физике . 96 (14): 141110. Бибкод : 2010ApPhL..96n1110C . дои : 10.1063/1.3385778 .

[21] Вальтер, К.; Фишер, М.; Скалари, Г.; Терацци, Р.; Хойлер, Н.; Фаист, Дж. (2007). «Квантовые каскадные лазеры, работающие от 1,2 до 1,6 ТГц». Письма по прикладной физике . 91 (13): 131122. Бибкод : 2007ApPhL..91m1122W . дои : 10.1063/1.2793177 .

[22] Зибик, Е.А.; WH Нг; Д.Г. Ревин; Л. Р. Уилсон; Дж. В. Кокберн; КМ Жених; М. Хопкинсон (март 2006 г.). «Широкополосные 6 мкм < λ < 8 мкм суперлюминесцентные квантово-каскадные светодиоды». Прил. Физ. Летт . 88 (12): 121109. Бибкод : 2006ApPhL..88l1109Z . дои : 10.1063/1.2188371 .

[23] Сливкен, С.; А. Эванс; Дж. Дэвид; М. Разеги (декабрь 2002 г.). «Квантовые каскадные лазеры высокой средней мощности и большого рабочего цикла (λ ~ 6 мкм)». Письма по прикладной физике . 81 (23): 4321–4323. Бибкод : 2002ApPhL..81.4321S . дои : 10.1063/1.1526462 .

[24] Фаист, Джером; Клэр Гмахл; Фредерико Капассо; Карло Сиртори; Дебора Л. Сильвко; Джеймс Н. Байаржон; Альфред Ю. Чо (май 1997 г.). «Квантовые каскадные лазеры с распределенной обратной связью». Письма по прикладной физике . 70 (20): 2670. Бибкод : 1997ApPhL..70.2670F . дои : 10.1063/1.119208 .

[25] «Квантово-каскадные лазеры чуют успех» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 01.03.2005. Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[26] Маулини, Ричард; Маттиас Бек; Жером Фаист; Эмилио Джини (март 2004 г.). «Широкополосная настройка квантово-каскадных лазеров с внешним резонатором, связанным с континуумом». Письма по прикладной физике . 84 (10): 1659. Бибкод : 2004ApPhL..84.1659M . дои : 10.1063/1.1667609 .

[27] Бисмуто, Альфредо; Бидо, Ив; Тарди, Камилла; Терацци, Ромен; Греш, Тобиас; Вольф, Джоанна; Блазер, Стефан; Мюллер, Антуан; Фаист, Джером (2015). «Расширенная настройка квантовых каскадных лазеров среднего ИК диапазона с использованием встроенных резистивных нагревателей» . Оптика Экспресс . 23 (23): 29715–29722. Бибкод : 2015OExpr..2329715B . дои : 10.1364/OE.23.029715 . ПМИД 26698453 .

[28] Бидо, Ив; Бисмуто, Альфредо; Тарди, Камилла; Терацци, Ромен; Греш, Тобиас; Блазер, Стефан; Мюллер, Антуан; Фаист, Джером (4 ноября 2015 г.). «Расширенная и квазинепрерывная настройка квантовых каскадных лазеров с использованием сверхструктурных решеток и встроенных нагревателей». Письма по прикладной физике . 107 (22): 221108. Бибкод : 2015ApPhL.107v1108B . дои : 10.1063/1.4936931 .

[29] «Выписка из торгового реестра» . Коммерческий регистр . Проверено 28 апреля 2016 г.

[30] «Alpes предлагает непрерывные и импульсные квантовые каскадные лазеры» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 19 апреля 2004 г. Архивировано из оригинала 28 января 2013 г. Проверено 1 декабря 2007 г.

[31] «Настраиваемый лазер для контроля качества открывает возможности для применения в среднем ИК-диапазоне» . Мир лазерного фокуса . Публикации PennWell. 01 июля 2006 г. Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 26 марта 2008 г.

[Normand-32] Норманд, Эрван; Хауисон, Иэн; Маккалок, Майкл Т. (апрель 2007 г.). «Квантово-каскадные лазеры позволяют использовать газочувствительные технологии» . Мир лазерного фокуса . 43 (4): 90–92. ISSN 1043-8092 . Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 25 января 2008 г.

[Hannemann-33] Ханнеманн, М.; Антуфьев А.; Боргманн, К.; Хемпель, Ф.; Иттерманн, Т.; Вельцель, С.; Вельтманн, К.Д.; Вёльцке, Х.; Репке, Дж. (2011). «Влияние возраста и пола на образцы выдыхаемого воздуха, исследованные с помощью инфракрасной лазерной абсорбционной спектроскопии». Журнал исследований дыхания . 5 (27101) (опубликовано 1 апреля 2011 г.): 9. Бибкод : 2011JBR.....5b7101H . дои : 10.1088/1752-7155/5/2/027101 . ПМИД 21460420 . S2CID 23963086 .

[Lang-34] Ланг, Н.; Репке, Дж.; Веге, С.; Штайнах, А. (2009). «Диагностика плазмы травления in situ для управления технологическим процессом с использованием квантово-каскадной лазерной абсорбционной спектроскопии». Европейский физический журнал «Прикладная физика» . 49 (13110) (опубликовано 11 декабря 2009 г.): 3. Bibcode : 2010EPJAP..49a3110L . дои : 10.1051/epjap/2009198 .

[Howieson-35] Хауисон, Иэн; Норманд, Эрван; Маккалок, Майкл Т. (1 марта 2005 г.). «Квантово-каскадные лазеры чуют успех» . Мир лазерного фокуса . 41 (3): С3–+. ISSN 0740-2511 . Архивировано из оригинала 27 января 2013 г. Проверено 25 января 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

v т и Полупроводниковые лазеры
Basic types	Laser diode (LD) Double heterostructure laser (DH) Separate confinement heterostructure laser (SCH) Distributed Bragg reflector laser (DBR) Distributed-feedback laser (DFB) Quantum well laser Quantum dot laser Quantum-cascade laser (QCL) External-cavity laser (ECL)
Hybrid types	Volume Bragg grating laser
Other Types	Vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) Vertical-external-cavity surface-emitting-laser (VECSEL) Hybrid silicon laser Interband cascade laser (ICL) Semiconductor ring laser Polariton laser
Theory	Semiconductor laser theory Laser diode rate equations
Materials	Indium arsenide (InAs) Gallium arsenide (GaAs) List of semiconductor materials