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量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)，在這些激發(fā)態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，該激光器的有源區(qū)是由耦合量子阱的多級(jí)串接組成(通常大于500層)而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出。量子級(jí)聯(lián)激光器的出現(xiàn)開創(chuàng)了利用寬帶隙材料研制中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的先河，在中、遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光器的發(fā)展史上樹立了新的里程碑。
近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、低維半導(dǎo)體材料與器件北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委及中科院等項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過努力探索，制備成功太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器系列產(chǎn)品。
太赫茲（THz）量子級(jí)聯(lián)激光器是一種通過在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)帶中形成電子的受激光學(xué)躍遷而產(chǎn)生相干極化THz輻射的新型太赫茲光源。半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過多年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，目前推出系列太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器產(chǎn)品。頻率覆蓋2.9~3.3 THz，工作溫度10~90 K，功率5~120mW。
太赫茲波介于中紅外和微波之間，是一種安全的具有非離化特征的電磁波。它能夠穿透大多數(shù)非導(dǎo)電材料同時(shí)又是許多分子光學(xué)吸收的特征指紋光譜范圍。它的光子能量低（1 THz對(duì)應(yīng)的能量大約4meV），穿透生物組織時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害的光電離和破壞，在應(yīng)用到對(duì)生物組織的活體檢驗(yàn)時(shí)，比X光更具優(yōu)勢(shì)。它的波長(zhǎng)比微波短，能夠被用于更高分辨率成像。THz波在分子指紋探測(cè)、診斷成像、安全反恐、寬帶通訊、天文研究等方面具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
量子級(jí)聯(lián)激光器最新進(jìn)展：
1、輸出1瓦特太赫茲輻射
奧地利維也納技術(shù)大學(xué)的一組研究人員制造出一種新型量子級(jí)聯(lián)激光器，成功輸出了1瓦特的太赫茲輻射，打破了此前由美國(guó)麻省理工學(xué)院所保持的0.25瓦特的世界紀(jì)錄，成為目前世界上功率最大的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器。
太赫茲射線，是波長(zhǎng)介于微波與紅外之間的一種電磁輻射，由于物質(zhì)的太赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含著非常豐富的物理和化學(xué)信息，太赫茲技術(shù)被認(rèn)為會(huì)對(duì)通信、遙感、天文、反恐、醫(yī)學(xué)成像以及生化檢測(cè)等領(lǐng)域帶來極為深遠(yuǎn)的影響。美國(guó)稱其為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一，日本將其列入“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”。但一直以來，高強(qiáng)度的太赫茲輻射源卻很難制造。
打破世界紀(jì)錄的這種新型量子級(jí)聯(lián)激光器只有幾毫米厚，半張郵票大。它具有一個(gè)在納米尺度上量身定做的半導(dǎo)體層，通過使用一種特殊的融合技術(shù)，將兩個(gè)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的激光器結(jié)合在一起，能使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生比單個(gè)激光器強(qiáng)4倍的激光。由于每層量子級(jí)聯(lián)激光器中的電子只響應(yīng)特定的、非連續(xù)性的能級(jí)，當(dāng)對(duì)其施加恰當(dāng)?shù)碾娏骱螅娮泳蜁?huì)一層接著一層地進(jìn)行連續(xù)跳躍，而在通過每一層的時(shí)候都會(huì)以發(fā)光的形式釋放能量。通過這種方式就能產(chǎn)生波長(zhǎng)為亞毫米級(jí)（介于微波和紅外之間）的太赫茲射線。
