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维也纳技术大学推出量子级联激光器和探测器组合技术

作者:广源激光浏览次数: 日期:2015-09-16
    奥地利维也纳技术大学已经改进其双功能6.8μm量子级联激光器和探测器(QCLD)技术[作者Benedikt Schwarz等。发表于应用物理快报,2015年107卷第071104页]。将量子级联激光器(QCL)和量子级联探测器(QCDS)单片集成可以制备紧凑型光谱系统,用于环境监测和医疗应用,比如痕量气体检测、血清分析等。
 
  在同一外延材料上集成高效率激光器和探测器是一个挑战,因为一种模式优化设计并不适用另一种模式。此外,由于峰值波长依赖偏置电压,难以在激光辐射和探测器光响应之间维持光谱重叠。
 
  维亚纳大学研究人员评论说:“以前的设计表明激光器和探测器能在室温工作,由于大阈值电流密度和低墙插效率,仅限于低占空比操作。”团队已经精细设计以提高激光性能,并声称“双功能设计可以达到与传统量子级联激光器相比较的脉冲性能”。
 
  利用分子束外延(MBE)在磷化铟(InP)上生长量子级联激光器和探测器。设计包括35个周期的有源区域和两个低掺杂砷化镓铟(InGaAs)约束层。激光器和探测器制备在10μ米宽的氮化硅绝缘脊和退火的钛/金触点上。设备安装在铟键合铜表面上。
 
  研究人员报告说,新的激光装置改进了脉冲模式(100ns在 10kHz)的所有特征参数。采用3mm长的法布里-珀罗脊,室温阈值电流为3kA/cm2,以前的QCLD 器件技术阈值为6kA / cm2。同时,光输出是470mW(以前为200MW)。总的壁插效率为4.5%,这是具有波导结构传统QCL壁插效率的二分之一或三分之一。一些小组已经实现了高达50%的壁插效率。
 
  对于探测器部分,0.5mm长脊在零偏压时峰值响应为40mA/W。在峰值波长微分电阻1.6KΩ时Johnson /热噪声等效功率(NEP)达到80 pW /√Hz。研究人员指出,受制于劈裂工艺脊长限制在0.5mm。光刻和干法蚀刻可以减少脊长度。团队评论说:“15μm脊长会优化约翰逊噪声限制等效功率,50μm脊长器件具有较高响应率。
 
  芯片结构配置上激光器和探测器之间有一个小气隙,峰值绝对不饱和光电流为9mA。

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