江苏激光联盟指南：经过不断创新，量子级联激光器可以产生中红外波长的激光器。然而，中红外量子级联激光器的超快传输被认为是形成超短光脉冲的不可逾越的障碍。在这里，我们向您展示了增益介质的精心量子设计和受控的模式间节拍同步，以促进从量子级联激光器中的频率梳到有限皮秒脉冲的转换。干涉射频技术和二阶自相关技术阐明了脉冲动力学，并确认了从阈值到翻转电流都可以获得锁模操作。此外，我们的结果表明，量子级联激光器中存在同相和同相同步状态。由于采用电泵浦，结构紧凑，体积小，锁模量子级联激光器为非线性光子在小于6μm波长区域的分子指纹区域的单片集成铺平了道路。

图1 自由空间外环腔量子级联激光器光学设置图

图：BS，分束器； CCW，逆时针方向； CW，顺时针方向； DG，衍射光栅； L、激光拉球面透镜； M，镜子； MCT、探针、检测器； QCL，量子级联激光器

超短脉冲激光器的发现导致了许多科技重大突破，包括频率梳、高速光通信和眼科屈光手术。如今，传统的光脉冲产生在锁模激光器中的可见光范围或近红外波长范围内。如今，很多工作都针对中红外区域的超快激光科学，并已取得相对相似的成熟度。由于缺乏合适的增益介质，在分子指纹区产生的波长大于5μm的脉冲迄今为止主要依赖于近红外脉冲的非线性能量下变频。现有技术，例如光学参量振荡器或差频生成，要么需要复杂的桌面大小的光学设备，要么仅限于 mW 级输出功率。

图2锁模双功能量子级联激光器（QCL）

较为成熟的量子级联激光器（QCL）开始占据中红外激光器的主流。当仅使用微芯片和电泵浦的尺寸时，它们可以产生平均功率水平为 W 的功率。 有源区的量子工程使得定制发射波长通过整个光谱中的红色区域成为可能。中部和外部区域。因此，使用高性能量子级联激光技术产生中红外脉冲代表了超快激光科学的长期突破。锁模量子级联激光器可作为集成泵浦激光器作为微谐振器和谐振超连续谱产生，为宽带和高亮度频率梳的产生铺平道路。因此，中红外量子级联激光器有源区的亚皮秒载流子传输成为形成短光脉冲的看似不可逾越的障碍。中红外量子级联激光器的寿命上限状态和增益恢复时间在皮秒到亚皮秒的时间范围内，远短于腔往返时间。因此，中红外量子级联激光器与连续强度波形形成而不是短脉冲对齐。注意，在太赫兹量子级联激光器中，增益恢复时间从5?ps到50?ps，有源锁模脉冲已被许多工作报道，其脉冲持续时间小于4 ps。

图 3 波长为 8 μm 的量子级联激光器产生的锁模脉冲

直到今天，唯一成功的集成中红外量子级联激光器（Quantum cascade Lasers (QCL)）锁模是使用了专门设计的具有极强增强激光跃迁寿命极限状态区的活性区。然而，必要的设计变更限制了低温条件下的锁模操作，功率小于10 mW，因此该技术的实用性受到限制。最近，已经报道了外环腔中的有源锁模量子级联激光器。该技术减少了空间烧孔的不利影响，大大扩展了整个量子级联激光器的调制深度，而不是局限于一个小区间。在室温下观察锁模操作时，其平均功率限制在 3?mW，脉冲持续时间超过 70?ps，估计其峰值功率小于 0.5?W。

图4 强调系统下的同步

在本文中来自奥地利的研究人员向您展示了在室温下使用波长为 8 μm 的高性能集成量子级联激光器产生皮秒脉冲的实验，并进行了实验和模拟。研究。锁模是通过电调制腔内损耗实现的，使用最初用于有效射频注入的短调制接口，如图 2(a) 所示。使用两种不同的干涉仪测量技术来验证可以在整个激光范围内获得锁模操作。此外，我们还表明可以通过改变同相和同相同步状态中的调制频率来激发它。最后，在激光芯片上集成了高速光学检测，我们测量了激光拍音的前三个谐波，结果表明它们的幅度在模式下至少可以增加2个数量级 -锁定区域。

该研究成果发表在近期出版的《自然通讯》第一期。

文章来源：Hillbrand, J., Opa?ak, N., Piccardo, M. 等。来自 8 μm 波长半导体激光器的锁模短脉冲。 Nat Commun?11,?5788 (2020)。 D., Hemingway, M., Wang, Y. 等。外环腔中量子级联激光器的主动锁模。纳特社区？ 7、？ (2016)。

文章来源：《红外与激光工程》 网址: http://www.hwyjggczzs.cn/zonghexinwen/2021/0822/596.html