朗讯贝尔实验室研制出世界上首款高性能、超宽带半导体激光器
2002/02/22
朗讯科技公司下属研发机构贝尔实验室的科学家们近日成功研制出世界上首款能够在红外波长光谱范围内持续可靠地发射光的新型半导体激光器。新设备克服了原有宽带激光发射过程中存在的缺陷，在先进光纤通信和感光化学探测器等领域有着广阔的潜在应用。相关的制造技术可望成为未来用于光纤的高性能半导体激光器的基础。
有关新激光器性质的论文刊登在昨天（2002年2月21日）出版的《自然》杂志上。文章主要作者、贝尔实验室物理学家Claire Gmachl断言：“超带宽半导体激光器可用来制造高度敏感的万用探测器，以探测大气中的细微污染痕迹，还可用于制造诸如呼吸分析仪等新的医疗诊断工具。”
半导体激光器是一类非常方便的光源，具备紧凑、耐用、便携、强大等特点。然而，典型半导体激光器通常为窄带设备，只能以特有波长发出单色光。相比之下，超带宽激光器具有显著的优势，可以同时在更宽的光谱范围内选取波长。而制造出可在范围广泛的操作环境下可靠运行的超带宽激光器正是科学家们长久以来追求的一个目标。
为了研制出新型的激光器，贝尔实验室科学家们采用了650余种光子学中使用的标准半导体材料，并将其叠放在一起组成一个“多层三明治”。这些层面共分为36组，其中不同层面组在感光属性方面有着细微的差别，并在特有的短波长范围内生成光，同时与其他各组之间保持透明。所有这些层面组结合在一起，就能发射出宽带激光。
新型激光器隶属于一类我们称之为量子瀑布（QC）激光器的高性能半导体激光器。QC激光器由Federico Capasso和Alfred Cho及其同事于1994年在贝尔实验室发明，其操作过程非常类似于一道电子瀑布。当电流通过激光器时，电子瀑布将沿着能量阶梯奔流而下；每当其撞击一级阶梯时，就会放射出红外光子。这些红外光子在包含电子瀑布的半导体共振器内前后反射，从而激发出其他光子。这一放大过程将产生出很高的输出能量。
超宽带激光器可在6-8微米红外波长范围产生1.3瓦的峰值能量（1微米等于百万分之一米，大约相当于人类头发直径的百分之一）。Gmachl指出：“从理论上讲，波长范围可以更宽或更窄。选择6-8微米范围波长发射激光，目的是更令人信服地演示我们的想法。未来，我们可以根据诸如光纤应用等具体应用的特定需求量身定制激光器。”
除Gmachl外，参予最新QC激光设计与制造的跨学科研究小组成员还包括贝尔实验室研究人员Deborah Sivco和Raffaele Colombelli、物理研究副总裁Federico Capasso以及半导体研究助理副总裁Alfred Cho。
朗讯科技供稿 CTI论坛编辑