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高功率、小尺寸的量子级联超辐射发光二极管的研制

2020-01-10

量子级联超辐射发光二极管在众多应用领域(如生物医学成像、气体探测和红外对抗等)展现出巨大的应用前景。特别地,在生物医学领域中,量子级联超辐射发光二极管是中红外光学相干层析成像(OCT)系统的核心光源。相比于近红外OCT系统而言,中红外系统在很多物质的检测方面更具有敏感性和特异性。然而,量子级联材料基于子带间跃迁的发光模式使其自发辐射效率较低,要获得高功率、宽光谱、可满足实际应用需求的中红外超辐射发光二极管具有非常大的挑战。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张子旸研究员等基于四阱耦合和双声子共振结构的量子级联材料,结合仿真模拟设计出了新颖的紧凑型三段式波导结构,不同结构参数的器件示意图和模拟结果如图1(a)-(c)所示。成功研制了输出功率为1.8 mW、光谱宽度为79 cm-1的中红外量子级联超辐射发光二极管。同时这种器件结构紧凑亦有利于形成阵列结构器件来进一步提高输出功率,为中红外宽光谱光源的实际应用向前迈出了一大步。

图1 三段式波导结构器件示意图(左边)和不同器件波导中电场分布模拟结果(右边)

Quantum cascade superluminescent light emitters with high power and compact structure

Jialin Sun, Chuncai Hou, Hongmei Chen, Jinchuan Zhang, Ning Zhuo, Jiqiang Ning, Changcheng Zheng, Zhanguo Wang, Fengqi Liu, Ziyang Zhang

J. Semicond. 2020, 41(1): 012301

doi: 10.1088/1674-4926/41/1/012301

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(来源:半导体学报公众号)



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