हाल ही में, रुइचुआंग रिसर्च इंस्टीट्यूट और रुइचुआंग फोटोनिक्स टीम ने मिड-इन्फ्रारेड इंटरबैंड कैस्केड लेजर (आईसीएल) के अनुसंधान में महत्वपूर्ण प्रगति की है। टीम ने कई उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के साथ उच्च-प्रदर्शन, कमरे के तापमान पर निरंतर संचालन वाले इंटरबैंड कैस्केड लेजर की एक श्रृंखला का एहसास किया है, और आईएनए सब्सट्रेट्स पर इंटरबैंड कैस्केड लेजर सामग्री विकसित करने के लिए आणविक-बीम एपिटेक्सी के साथ संयुक्त किया है, और कमरे के साथ संकीर्ण-रिज डिवाइस तैयार किए हैं- तापमान उत्तेजना तरंग दैर्ध्य 4.6 μm के करीब। संकीर्ण रिज उपकरणों के कमरे के तापमान उत्तेजना तरंग दैर्ध्य 4.6μm और 5.2μm के करीब हैं।
यह बताया गया है कि अधिकांश इंटरबैंड कैस्केड लेजर GaSb सब्सट्रेट्स पर उगाए जाते हैं, जबकि रुइचुआंग की टीम द्वारा रिपोर्ट किए गए इंटरबैंड कैस्केड लेजर InAs सब्सट्रेट्स पर उगाए जाते हैं, जिसमें वेवगाइड क्लैडिंग में InAs/AlSb सुपरलैटिस और एक अत्यधिक डोप्ड InAs परत होती है। सामान्य GaSb-आधारित इंटरबैंड कैस्केड लेजर की तुलना में, InAs-आधारित इंटरबैंड लेजर में लंबी तरंग दैर्ध्य (उदाहरण के लिए, 4.5 माइक्रोन से अधिक) पर कम थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व होता है।
(ए) 20 डिग्री और 64 डिग्री के बीच 4.6 μm तरंग दैर्ध्य, 2 मिमी गुहा लंबाई और 10 μm रिज चौड़ाई के साथ एक उपकरण का निरंतर उत्तेजना स्पेक्ट्रा;
(बी) 20 डिग्री -64 डिग्री के बीच एक ही उपकरण के निरंतर वर्तमान-वोल्टेज-शक्ति वक्र
4.6 μm तरंग दैर्ध्य पर इंटरबैंड कैस्केड लेजर के लिए, ब्रॉड-रिज डिवाइस का कमरे का तापमान पल्स थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व 292 ए/सेमी2 है; 2-मिमी कैविटी लंबाई और 10-μm रिज चौड़ाई वाले नैरो-रिज डिवाइस में 64 डिग्री तक का निरंतर ऑपरेटिंग तापमान और 20 मेगावाट की कमरे-तापमान आउटपुट पावर होती है; समान तरंग दैर्ध्य पर यह अब तक का उच्चतम निरंतर परिचालन तापमान है। 5.2 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर एक इंटरबैंड कैस्केड लेजर के लिए, ब्रॉड-रिज डिवाइस का कमरे का तापमान पल्स थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व 306 ए/सेमी2 है, जबकि संकीर्ण-रिज डिवाइस का कैविटी लंबाई 2 मिमी और एक रिज है। 10 माइक्रोन की चौड़ाई 41 डिग्री के अधिकतम निरंतर ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंचती है, कमरे के तापमान की आउटपुट पावर 10 मेगावाट है, जहां थ्रेसहोल्ड वर्तमान घनत्व समान तरंग दैर्ध्य पर सबसे कम रिपोर्ट किया गया है।
संबंधित पेपर "आईएनएएस-आधारित इंटरबैंड कैस्केड लेजर का उच्च तापमान निरंतर-तरंग ऑपरेशन" (डीओआई: 10.1063/5.0171089) और "आईएनएएस-आधारित इंटरबैंड कैस्केड लेजर कमरे के तापमान से ऊपर निरंतर तरंग में 5.17 माइक्रोन पर काम कर रहा है" (10.1109/एलपीटी)। 2023.3335856) क्रमशः एप्लाइड फिजिक्स लेटर्स और आईईईई फोटोनिक्स टेक्नोलॉजी लेटर्स में प्रकाशित हुआ।
(ए) 5.2 μm तरंग दैर्ध्य, 2 मिमी गुहा लंबाई, और 15 डिग्री और 41 डिग्री के बीच 10 μm रिज चौड़ाई के साथ एक उपकरण का निरंतर उत्तेजना स्पेक्ट्रा;
(बी) 15 डिग्री और 41 डिग्री के बीच एक ही उपकरण के निरंतर वर्तमान-वोल्टेज-शक्ति वक्र।
इंटरबैंड कैस्केड लेजर उच्च तकनीकी सामग्री और कई विकास कठिनाइयों के साथ उत्तेजना उत्पन्न करने के लिए ऊर्जा बैंड इंजीनियरिंग और क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित है, जो नैनो और क्वांटम उपकरणों की राष्ट्रीय कोर प्रौद्योगिकी का एक महत्वपूर्ण अवतार है, और अब इसे एक महत्वपूर्ण मध्य के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। -क्वांटम कैस्केड लेजर (क्यूसीएल) के साथ इन्फ्रारेड लेजर स्रोत, जिसका पर्यावरण निगरानी, औद्योगिक नियंत्रण, चिकित्सा निदान और मुक्त-अंतरिक्ष संचार जैसे क्षेत्रों में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग और मूल्य हैं। पर्यावरण निगरानी, औद्योगिक नियंत्रण, चिकित्सा निदान और मुक्त-अंतरिक्ष संचार के क्षेत्र में इसका महत्वपूर्ण अनुप्रयोग मूल्य और वैज्ञानिक महत्व है।
इंटरबैंड कैस्केड लेजर की मूल अवधारणा सबसे पहले 1994 में ओक्लाहोमा विश्वविद्यालय के प्रो. रुईकिंग यांग (रुई क्यू. यांग) द्वारा प्रस्तावित की गई थी, और मूल रूप से निकट जाली-मिलान वाले InAs/GaSb/AlSb तीन-पांच सामग्री प्रणाली का उपयोग निर्माण के लिए किया जाता है। यह, और अधिकांश सक्रिय क्षेत्र InAs/GaInSb दो प्रकार के क्वांटम कुएं हैं, जो मध्य-अवरक्त से दूर-अवरक्त तक तरंग दैर्ध्य रेंज को कवर कर सकते हैं। क्षमता मध्य-अवरक्त से दूर-अवरक्त तक तरंग दैर्ध्य रेंज को कवर कर सकती है।
इंटरबैंड कैस्केड लेजर पारंपरिक सेमीकंडक्टर डायोड लेजर और क्वांटम कैस्केड लेजर के फायदों को जोड़ते हैं, और इसमें क्वांटम कैस्केड लेजर की तुलना में कम थ्रेशोल्ड पावर घनत्व और थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व होता है जो मध्य-अवरक्त तरंग दैर्ध्य रेंज को भी कवर करता है, और यह बेहद कम बिजली खपत लाभ बहुत महत्वपूर्ण है कुछ अनुप्रयोगों में जिन्हें पोर्टेबल और बैटरी चालित उपकरणों की आवश्यकता होती है।
वर्तमान में, वैश्विक इंटरबैंड कैस्केड लेजर बाजार पर अभी भी विदेशी कंपनियों का वर्चस्व है, और घरेलू बाजार अभी भी औद्योगिक विकास के प्रारंभिक चरण में है। इस पेपर में बताए गए दो काम दर्शाते हैं कि रुइचुआंग फोटोनिक्स इंटरबैंड कैस्केड लेजर के एपिटैक्सियल डिजाइन और डिवाइस तैयारी के कई पहलुओं में उच्च तकनीकी स्तर तक पहुंच गया है, और एक ऐसा उद्यम बन गया है जिसने उच्च प्रदर्शन वाले इंटरबैंड कैस्केड लेजर की तकनीक में महारत हासिल कर ली है। यह कार्य सिंगल-मोड ट्यूनेबल डीएफबी इंटरबैंड कैस्केड लेजर के विकास और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एक ठोस आधार भी रखता है।
