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[2018年IEEE国际超声研讨会(IUS) - 日本神户 (2018.10.22-2018.10.25)] 2018年IEEE国际超声研讨会(IUS) - 基于COMSOL采用分层级联法实现声表面波器件快速仿真
摘要： 采用分层级联方法对半导体器件进行建模，通过考虑器件结构细节的影响可实现高精度模拟。本文研究了具有周期性结构的量子级联激光器（QCL）的仿真问题，该仿真在COMSOL Multiphysics软件中采用有限元法（FEM）实现。结果表明，所提出的方法能够高精度地获取器件特性。
关键词： 有限元法、量子级联激光器、COMSOL Multiphysics、仿真
更新于2025-09-23 15:23:52
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WaterSpy：一款高灵敏度、便携式光子设备，用于广泛的水质分析
摘要： 本文介绍了WaterSpy项目——一项研发中波红外光谱范围内运行的创新、紧凑且经济高效的光子水质传感设备。该方案结合了采用游标效应的先进量子级联激光器（QCL）作为光源，以及新型光纤耦合、快速灵敏的高工作温度（HOT）光电探测器作为传感器。配套技术包括优化的激光驱动与探测器电子电路、激光调制及信号调理技术。论文阐述了WaterSpy的设计理念、需求分析、设备初步架构设计及其验证应用场景，同时重点突出了推动当前技术前沿发展的创新技术。
关键词： 量子级联激光器、光子学、水质监测、光电探测器
更新于2025-09-23 15:22:29
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通过下转换光学非线性在量子级联激光器中产生太赫兹波：设计与建模
摘要： 本文提出一种通过光学非线性频率下转换实现量子级联激光器（QCL）太赫兹（THz）辐射的电驱动光激发激光结构。该创新设计中，泵浦光与太赫兹辐射均由同一有源区导带内量子化态间的电子-光学子带间跃迁（IST）同步产生。采用薛定谔-泊松方程自洽求解实现激光能带结构建模，并通过密度矩阵方法与能量密度平衡方程（自洽考虑结构中的光学、电学及热相互作用）对所提结构的电子输运特性进行详细分析。此外，基于体德鲁德模型计算太赫兹光学模式的波导损耗。通过密度矩阵方程稳态解，推导出太赫兹强度增益与泵浦场强度、载流子分布及量子相干贡献的函数关系?；诟媚Ｐ停颐欠治隽?20K和300K两种散热器温度下的器件稳态与瞬态特性。仿真结果表明，该结构有望实现量子级联激光器的室温太赫兹辐射输出。
关键词： 量子级联激光器（QCL）、太赫兹（THz）产生、下转换光学非线性、密度矩阵形式体系
更新于2025-09-23 15:21:01
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宽带电控游标可调谐太赫兹量子级联激光器
摘要： 太赫兹量子级联激光器的频率调谐面临挑战，因其热调谐系数和电流调谐系数较低。此外，电信激光器中用于调谐发射频率的光子设计（如基于游标选择的采样光栅）因太赫兹波长较长而不适用，且需要极长的腔体（>15毫米）。本文报道了首个利用耦合腔激光器与缺陷工程光子晶格实现游标选择规则的单片器件宽带频率调谐。通过精确定位的缺陷晶格，我们能够调控其中一个腔体的自由光谱范围和精细度——类似采样光栅但采用更短腔长（<4毫米）。该耦合腔结构实现了发射频率的调谐，最终获得209GHz的调谐范围，包括六个频段内约6-21GHz的无跳模连续调谐，其控制机制包含斯塔克位移、腔牵引效应、局部焦耳热及热效应。
关键词： 量子级联激光器，太赫兹，频率调谐
更新于2025-09-23 15:21:01
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快讯：基于可调谐量子级联激光器的油砂矿物中红外反射光谱研究
摘要： 矿物在油砂开采效率中起着重要作用。因此，评估油砂矿石中主要矿物的丰度十分重要。本文介绍了可调谐量子级联激光器在中红外反射光谱法测定油砂矿物中的应用。研究结果表明，该方法为确定油砂矿物类型及潜在的石英和粘土含量提供了一种新工具。
关键词： 中红外光谱、中红外、反射光谱、油砂、量子级联激光器、QCL
更新于2025-09-23 15:21:01
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谐波锁模太赫兹激光器的超快响应
摘要： 利用基本锁模技术在半导体激光器（以量子级联激光器QCL为增益介质）中产生短脉冲太赫兹（THz）波和太赫兹频率梳已成为常规操作。然而与经典激光二极管不同，太赫兹QCL尚未实现谐波锁模（无论主动或被动模式）——当激光器在腔体基频往返周期的谐波频率上被调制时，该模式本应产生每往返周期多个脉冲。本研究首次采用时间分辨太赫兹技术，展示了在往返频率谐波上调制QCL实现的谐波注入与锁模现象。通过我们方法独特的超快特性，直接观测到QCL内部谐波电拍频的产生、其对外部主动调制的注入锁定效应，以及由此向谐波脉冲生成的转化过程。最后，我们发现了自启动谐波发射的迹象（无需外部调制），即QCL完全在往返频率的谐波（最高达第15次谐波）上运行。该行为通过系统诱导增益/损耗的时间分辨模拟得到验证，揭示了QCL兼具电子与光子特性的重要性。这些成果为被动谐波锁模、太赫兹脉冲生成以及在数百GHz频段产生低噪声微波信号开辟了新途径。
关键词： 谐波锁模、超快响应、太赫兹量子级联激光器、太赫兹脉冲、量子级联激光器
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于量子级联激光器的混合双梳光谱仪
摘要： 基于四波混频的量子级联激光器频率梳（QCL-FC）是一种强大的光子工具，正在推动分子指纹区（即中远红外波段）的技术革命。其紧凑型、频率可调的设计，加上高光学功率和光谱纯度，有望为最具挑战性的光谱应用提供一体化光源。本文展示了一台计量级混合双梳光谱仪，结合了太赫兹QCL-FC的优势与独立式光学整流太赫兹频率梳提供的精度和绝对频率参考。我们以甲醇分子跃迁为例进行了原理验证，所获取的多重外差分子光谱在线心测定方面达到了最先进水平，其精度与现有分子数据库相当。该设计方案为新一代太赫兹光谱仪提供了坚实平台，为利用QCL-FC全相位控制或无多普勒光谱方案开发更精密复杂的系统铺平了道路。
关键词： 频率梳、光谱学、量子级联激光器、计量学、太赫兹
更新于2025-09-23 15:21:01
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采用量子级联激光吸收光谱法测量的脉冲CO<sub>2</sub>-N<sub>2</sub>辉光放电中温度的演化
摘要： 本研究采用原位窄带量子级联激光（QCL）吸收光谱技术，探究了氮气对脉冲辉光放电中气体温度、转动温度以及二氧化碳和一氧化碳振动温度随时间演化的影响。实验使用三台共线QCL扫描2179.20至2253.51 cm?1范围内约1 cm?1的三个波段，包括最高至非对称伸缩能级v3=6的(v1,vl2 2,v3+1)→(v1,vl2 2,v3) CO2跃迁，以及最高至vCO=1的(vCO)→(vCO+1) CO跃迁。通过拟合程序从测量的吸收光谱中提取温度数据。在掺杂最高90%氮气的CO2体系中开展时间分辨测量，等离子体以5-10 ms启停周期运行，放电电流50 mA，气压约6.7 mbar。实测气体温度的时间演化与转动温度高度吻合。纯CO2中不对称伸缩振动温度T3在0.7 ms时达到最大值1060 K，而90%氮气掺杂时T3升至2250 K并维持至放电结束。T3与CO振动温度TCO均明显偏离转动温度Trot——当氮气含量超过70%时，两者在连续等离子体周期间均未与Trot达到平衡，但T3与TCO在余辉阶段始终保持平衡。随着氮气含量增加，对称伸缩与弯曲模温度T12相对于转动温度的升高更为显著，而转动温度峰值则逐渐降低，这可能源于氮气、CO2和CO振动模式储存的能量。此外，纯CO2等离子体实验发现：放电期间因加热导致总压升高，余辉阶段因冷却出现压力下降。
关键词： 辉光放电，二氧化碳等离子体，振动温度，气体温度，量子级联激光器
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用准晶分布反馈光子图案的高效表面发射半导体激光器
摘要： 准晶分布反馈激光器无需任何形式的镜面腔体即可实现辐射放大与提取。当在半导体激光器顶面实施时，准晶图案能同时调控辐射反馈过程及具有高辐射率、高品质因数的光学模式提取——这些模式本身并不具备明确的对称或反对称特性。该方法由此可实现高效发射，同时兼具定制化光谱与可控光束发散角。本研究将该原理应用于一维量子级联线激光器：通过在太赫兹频段双金属量子级联激光器的顶层金属上，按照八斐波那契序列光刻不同宽度的空气狭缝阵列，我们可在530GHz带宽范围内实现从单频模到多模的发射调控，在多模（单频模）激光器中分别获得240mW（190mW）的最大峰值光功率。该多模面发射无序太赫兹激光器创下了78K下≈570mW/A和20K下≈720mW/A的斜率效率纪录，以及η≈1%的插墙效率。
关键词： 量子级联激光器、表面发射、准晶体、太赫兹频率、八进制斐波那契序列、半导体激光器、分布反馈
更新于2025-09-23 15:21:01
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在200毫米CMOS试验线上批量制造量子级联激光器
摘要： 量子级联激光器的制造成本仍是该技术在化学传感领域应用的主要瓶颈?；贑MOS技术在硅衬底上集成中红外光源，为大规模低成本生产铺平了道路。此外，采用硅基制造平台可实现量子级联激光器中红外光源与锗硅基波导的协同集成，从而打造完全集成于平面衬底的光学传感器。本文报道了我们在200毫米CMOS试验线上采用顶部金属光栅方案制备的7.4微米分布式反馈量子级联激光器（DFB-QCL）及其特性表征。这些激光器具有2.5千安/平方厘米的阈值电流密度和0.16厘米?1的线宽，且制造良品率较高。该方法为硅芯片级中红外光谱仪的实现奠定了基础。
关键词： 中红外光源、分布反馈量子级联激光器（DFB-QCL）光源、硅衬底、互补金属氧化物半导体（CMOS）技术、量子级联激光器
更新于2025-09-23 15:21:01