簡述量(liang)子(zi)級(ji)聯激光(guang)器的(de)技術原理(li)

　　量子級(ji)聯激光(guang)器是(shi)單極器(qi)件(jian)，利用(yong)子帶躍遷(qian)，實現中紅外激光(guang)的激(ji)發，主要(yao)提供(gong)可(ke)覆(fu)蓋中紅外波段(duan)從4～14um範(fan)圍(wei)以(yi)及(ji)常用(yong)的THz波段(duan)（如(ru)有(you)特殊波段(duan)均(jun)可(ke)定制），主要(yao)應(ying)用(yong)於(yu)氣體檢測、醫(yi)學、紅外對抗(kang)等(deng)領域(yu)，是壹(yi)種(zhong)半(ban)導體(ti)光(guang)源(yuan)。

　　量子(zi)級(ji)聯激光(guang)器的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)與(yu)通常(chang)的半(ban)導體(ti)激(ji)光(guang)器截然不(bu)同(tong)，其激射方(fang)案是(shi)利用(yong)垂(chui)直(zhi)於(yu)納米級(ji)厚度(du)的(de)半(ban)導體(ti)異(yi)質(zhi)結(jie)薄層(ceng)內由(you)量子(zi)限(xian)制效(xiao)應(ying)引(yin)起的(de)分離電(dian)子(zi)態，在(zai)這些(xie)激發態之(zhi)間產生粒子(zi)數反轉，該(gai)激(ji)光(guang)器的(de)有(you)源(yuan)區是(shi)由(you)耦合(he)量(liang)子(zi)阱的(de)多(duo)級(ji)串(chuan)接(jie)組成(cheng)(通常(chang)大於(yu)500層(ceng))而(er)實現單電子(zi)註入的多光(guang)子輸出。
 

　　激(ji)光(guang)的產(chan)生來(lai)源(yuan)於(yu)電(dian)子(zi)從子(zi)帶(dai)的(de)高能(neng)級(ji)向(xiang)低能(neng)級(ji)的躍遷(qian)，壹個電(dian)子可以(yi)產生(sheng)N個(ge)光(guang)子，激(ji)射波長(chang)是由(you)子帶(dai)的高能(neng)級(ji)和低(di)能(neng)級(ji)差(cha)決定的(de)，可以(yi)通過(guo)改(gai)變(bian)有(you)源(yuan)區量(liang)子(zi)阱的(de)寬度(du)，從而(er)改(gai)變(bian)子(zi)帶的高能(neng)級(ji)和低(di)能(neng)級(ji)差(cha)，然後(hou)改(gai)變(bian)激(ji)射波長(chang)，理(li)論(lun)預(yu)測可覆(fu)蓋幾(ji)微(wei)米到(dao)幾(ji)百(bai)微(wei)米以(yi)上(shang)很(hen)寬的(de)波長(chang)範(fan)圍(wei)。

　　在(zai)外場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)，有(you)源(yuan)區三(san)個(ge)量子(zi)阱組(zu)成(cheng)三個能(neng)級(ji)n1，n2，n3。n3和n2能(neng)級(ji)為電(dian)子受(shou)激躍遷(qian)的上(shang)激發態能(neng)級(ji)和下(xia)激發(fa)態能(neng)級(ji)，通過(guo)對各(ge)阱的(de)寬度(du)和(he)間隔進(jin)行(xing)調(tiao)整，使n3和n2能(neng)級(ji)的能(neng)量差(cha)對應(ying)於(yu)所(suo)需激光(guang)器的(de)激射波長(chang)，並使n2和n1能(neng)級(ji)的能(neng)量差(cha)E2－E1為壹(yi)個(ge)光(guang)學聲子的能(neng)量；設(she)計(ji)註入區中各阱的(de)寬度(du)和(he)間隔，使在(zai)外場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)註入區形(xing)成(cheng)微(wei)帶和(he)微(wei)帶隙(xi)，使微(wei)帶與(yu)同(tong)壹(yi)周期(qi)有(you)源(yuan)區中的n2和n1能(neng)級(ji)對齊(qi)並與下(xia)壹個(ge)周期(qi)有(you)源(yuan)區的(de)n3能(neng)級(ji)對齊(qi)，使微(wei)帶隙(xi)與同(tong)壹(yi)周期(qi)有(you)源(yuan)區n3能(neng)級(ji)對齊(qi)。在(zai)有(you)源(yuan)區n3能(neng)級(ji)上(shang)的電子受(shou)激(ji)躍遷(qian)到n2能(neng)級(ji)並發射光(guang)子，n2能(neng)級(ji)上(shang)的電子釋放(fang)壹(yi)個光(guang)學聲子，通過(guo)共振(zhen)輸運快(kuai)速弛(chi)豫(yu)到(dao)n1能(neng)級(ji)，在(zai)聲子輔助下(xia)隧穿(chuan)經過(guo)註入區的(de)微(wei)帶註入到下(xia)壹個(ge)周期(qi)有(you)源(yuan)區的(de)上(shang)激發態。重(zhong)復(fu)上(shang)壹周期(qi)的(de)輸運物(wu)理(li)過(guo)程(cheng)，壹(yi)級(ji)壹級(ji)傳(chuan)遞(di)下(xia)去(qu)，通過(guo)級(ji)聯過(guo)程(cheng)實現壹(yi)個電(dian)子(zi)可(ke)發(fa)射和級(ji)數N相(xiang)等(deng)的(de)N個(ge)光(guang)子。