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美研制新型中红外激光二极管 转换效率超50%

  美国开发出一种新型的中红外激光二极管转换效率超过50%

  西北大学研究人员研制出一种小型中红外激光二极管,转换效率达到50%以上。报告指出,这一结果是量子级联激光器(QCL)研究的重大突破,使量子级联激光器在包括危险化学品远程检测在内的许多领域的实际应用中迈出了重要的一步。 “自然光子”杂志最新在线版发表了相关研究成果。量子级联激光器是一种半导体激光器的发光机制,不同于传统的二极管激光器,根据量子力学的设计原理,它可以覆盖发射波长的红外区域。与传统的二极管激光器不同,量子级联激光器是单极器件,仅用电子工作,利用一维量子化导带之间的电子跃迁实现发光。经过多年的研究和产业化,现代近红外(近1微米波长)激光二极管的效率接近极值,而中红外(超过3微米)激光二极管难以达到。以前的报告表明,即使在冷却到低温时,高效量子级联激光器也不会有效转换超过40%。西北大学量子器件研究中心(CQD)的研究人员通过优化激光器件的材料质量,在量子级联激光器的效率方面取得了突破。他们排除了在低温下激光操作不需要的设计元素。当冷却到40开尔文时,新型激光器被开发用来冷却4.85微米的53%的光。 Manitzer Razzee,在西北大学工程与应用科学麦考密克学院电气工程和计算机科学教授认为,引进这样一个高效的激光是一个重大突破,这是科学家首次提出了激光发射更多的光比热能。她强调,激光转换效率超过50%的门槛,是一个里程碑式的成就。报告指出,提高转换效率仍是当前激光研究的首要目标。新器件表现出高效率,可以大大扩展量子级联激光器的功率校准范围。最近的研究表明,随着量子级联激光器的广泛发展,单片脉冲激光器的输出功率已经从一年前的34瓦增加到120瓦。这项研究由美国国防部高级研究计划局的高效中红外激光(EMIL)项目和美国海军研究所共同出资。
 

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