中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)在量子級(jí)聯(lián)激光器領(lǐng)域取得重大突破。該團(tuán)隊(duì)提出的多能態(tài)-連續(xù)態(tài)（MTC）有源區(qū)設(shè)計(jì)方案，成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)波紅外波段最寬的電致發(fā)光光譜，為中紅外激光技術(shù)的多場(chǎng)景應(yīng)用開辟了新路徑。

傳統(tǒng)長(zhǎng)波紅外單有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)激光器受限于能帶工程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，其電致發(fā)光光譜半高全寬普遍低于600cm?1，難以滿足寬帶光譜調(diào)控與精密測(cè)量的需求。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用對(duì)角躍遷機(jī)制，通過應(yīng)力補(bǔ)償材料體系構(gòu)建MTC結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)注入?yún)^(qū)能級(jí)與上激光能級(jí)形成強(qiáng)耦合。這種設(shè)計(jì)使電子可通過三個(gè)上激光能級(jí)向三個(gè)下激光能級(jí)進(jìn)行對(duì)角躍遷，多個(gè)躍遷通道協(xié)同增益，顯著拓寬了有源區(qū)的增益帶寬。

實(shí)驗(yàn)采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備器件，分別測(cè)試了mesa結(jié)構(gòu)和法布里-珀羅結(jié)構(gòu)的量子級(jí)聯(lián)激光器。在298K溫度下，mesa結(jié)構(gòu)器件在11V偏壓時(shí)實(shí)現(xiàn)75.6meV的電致發(fā)光光譜半高全寬，創(chuàng)下長(zhǎng)波紅外波段新紀(jì)錄。該器件在電流動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)展現(xiàn)出獨(dú)特的光譜特性：閾值電流附近呈現(xiàn)8.8μm的窄帶激光光譜，隨著注入電流增至2.5A，光譜寬度逐漸展寬至1.2μm，中心波長(zhǎng)紅移至9.2μm；當(dāng)電流達(dá)到反轉(zhuǎn)電流時(shí)，光譜寬度穩(wěn)定在1.2μm，中心波長(zhǎng)藍(lán)移至8.0μm。在80K低溫條件下，同一器件更獲得1.93μm的激光譜寬。

這項(xiàng)突破性成果有效解決了單有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)激光器譜寬受限的技術(shù)難題，為中紅外頻率梳、高精度寬光譜傳感、成像及自由空間通信等領(lǐng)域提供了集成化高效光源解決方案。研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)有源區(qū)在室溫下1.2μm的激光光譜寬度，標(biāo)志著我國(guó)在中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。