朗訊貝爾實(shí)驗室研制出世界上首款高性能、超寬帶半導(dǎo)體激光器
2002/02/22
朗訊科技公司下屬研發(fā)機(jī)構(gòu)貝爾實(shí)驗室的科學(xué)家們近日成功研制出世界上首款能夠在紅外波長光譜范圍內(nèi)持續(xù)可靠地發(fā)射光的新型半導(dǎo)體激光器。新設(shè)備克服了原有寬帶激光發(fā)射過程中存在的缺陷，在先進(jìn)光纖通信和感光化學(xué)探測器等領(lǐng)域有著廣闊的潛在應(yīng)用。相關(guān)的制造技術(shù)可望成為未來用于光纖的高性能半導(dǎo)體激光器的基礎(chǔ)。
有關(guān)新激光器性質(zhì)的論文刊登在昨天（2002年2月21日）出版的《自然》雜志上。文章主要作者、貝爾實(shí)驗室物理學(xué)家Claire Gmachl斷言：“超帶寬半導(dǎo)體激光器可用來制造高度敏感的萬用探測器，以探測大氣中的細(xì)微污染痕跡，還可用于制造諸如呼吸分析儀等新的醫(yī)療診斷工具�！�
半導(dǎo)體激光器是一類非常方便的光源，具備緊湊、耐用、便攜、強(qiáng)大等特點(diǎn)。然而，典型半導(dǎo)體激光器通常為窄帶設(shè)備，只能以特有波長發(fā)出單色光。相比之下，超帶寬激光器具有顯著的優(yōu)勢，可以同時在更寬的光譜范圍內(nèi)選取波長。而制造出可在范圍廣泛的操作環(huán)境下可靠運(yùn)行的超帶寬激光器正是科學(xué)家們長久以來追求的一個目標(biāo)。
為了研制出新型的激光器，貝爾實(shí)驗室科學(xué)家們采用了650余種光子學(xué)中使用的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體材料，并將其疊放在一起組成一個“多層三明治”。這些層面共分為36組，其中不同層面組在感光屬性方面有著細(xì)微的差別，并在特有的短波長范圍內(nèi)生成光，同時與其他各組之間保持透明。所有這些層面組結(jié)合在一起，就能發(fā)射出寬帶激光。
新型激光器隸屬于一類我們稱之為量子瀑布（QC）激光器的高性能半導(dǎo)體激光器。QC激光器由Federico Capasso和Alfred Cho及其同事于1994年在貝爾實(shí)驗室發(fā)明，其操作過程非常類似于一道電子瀑布。當(dāng)電流通過激光器時，電子瀑布將沿著能量階梯奔流而下；每當(dāng)其撞擊一級階梯時，就會放射出紅外光子。這些紅外光子在包含電子瀑布的半導(dǎo)體共振器內(nèi)前后反射，從而激發(fā)出其他光子。這一放大過程將產(chǎn)生出很高的輸出能量。
超寬帶激光器可在6-8微米紅外波長范圍產(chǎn)生1.3瓦的峰值能量（1微米等于百萬分之一米，大約相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的百分之一）。Gmachl指出：“從理論上講，波長范圍可以更寬或更窄。選擇6-8微米范圍波長發(fā)射激光，目的是更令人信服地演示我們的想法。未來，我們可以根據(jù)諸如光纖應(yīng)用等具體應(yīng)用的特定需求量身定制激光器�！�
除Gmachl外，參予最新QC激光設(shè)計與制造的跨學(xué)科研究小組成員還包括貝爾實(shí)驗室研究人員Deborah Sivco和Raffaele Colombelli、物理研究副總裁Federico Capasso以及半導(dǎo)體研究助理副總裁Alfred Cho。
朗訊科技供稿 CTI論壇編輯