中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室、低維半導(dǎo)體材料與器件北京市重點實驗室，在科技部、國家自然科學(xué)基金委及中科院等項目的支持下，經(jīng)過努力探索，制備成功太赫茲量子級聯(lián)激光器和紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）系列產(chǎn)品系列產(chǎn)品。

太赫茲（THz）量子級聯(lián)激光器是一種通過在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)帶中形成電子的受激光學(xué)躍遷而產(chǎn)生相干極化THz輻射的新型太赫茲光源。半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室經(jīng)過多年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，目前推出系列太赫茲量子級聯(lián)激光器產(chǎn)品。頻率覆蓋2.9~3.3 THz，工作溫度10~90 K，功率5~120mW。

太赫茲波介于中紅外和微波之間，是一種安全的具有非離化特征的電磁波。它能夠穿透大多數(shù)非導(dǎo)電材料同時又是許多分子光學(xué)吸收的特征指紋光譜范圍。它的光子能量低（1 THz對應(yīng)的能量大約4meV），穿透生物組織時不會產(chǎn)生有害的光電離和破壞，在應(yīng)用到對生物組織的活體檢驗時，比X光更具優(yōu)勢。它的波長比微波短，能夠被用于更高分辨率成像。THz波在分子指紋探測、診斷成像、安全反恐、寬帶通訊、天文研究等方面具有重大的科學(xué)價值和廣闊的應(yīng)用前景。

太赫茲量子級聯(lián)激光器系列產(chǎn)品

半導(dǎo)體所研制的紅外量子級聯(lián)激光器QCL的波長覆蓋中遠紅外波段4.4--8.6微米，室溫連續(xù)輸出功率10-900mW。其優(yōu)勢特點是體積小、可集成、大功率，具有廣泛的應(yīng)用前景。體現(xiàn)在如下幾個方面：絕大多數(shù)分子的振動和轉(zhuǎn)動能量對應(yīng)于中遠紅外波段的光子能量，因此大部分物質(zhì)在中遠紅外均有指紋性的吸收峰，可用QCL對特定的成份和含量進行標(biāo)定、實現(xiàn)靈敏檢測。因此QCL可用于溫室氣體檢測、污染監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷、毒品及生化危險制品檢測、石油/天然氣儲備罐微量泄漏的遠程實時監(jiān)測等方面。

溫室效應(yīng)、灰霾天氣引發(fā)的環(huán)境與氣候問題已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點。特別是近年來北京的灰霾天氣、嚴(yán)重影響北京市民的生活健康。如要更好地了解北京市污染排放的成因、特點及其隨時間變化的規(guī)律，為國家、北京市政府決策提供一些參考數(shù)據(jù)，這就需要先進的溫室氣體、PM2.5等監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備。例如，溫室氣體的主要構(gòu)成N2O、CO2、CH4的“指紋”特征吸收分別在4.3x、4.5x、7.5x微米，用對應(yīng)波長的QCL可以進行高靈敏檢測；灰霾的主要成分在中遠紅外波段也有指紋性吸收峰，用QCL可以實時、遠程監(jiān)測。

無損醫(yī)學(xué)診斷，人類的呼氣過程含有400種以上的“生化軌跡”，通過監(jiān)測某種特定氣體的含量可以檢查身體的健康狀況；例如用QCL測量呼出氣體中NO濃度來診斷哮喘病，用QCL測量呼出氣體中乙醛（吸收峰在5.7微米附近）的含量可以預(yù)測肺癌和肝病。

半導(dǎo)體所研制的室溫大功率QCL已經(jīng)達到工程化應(yīng)用的門檻，急需相關(guān)部門進行推廣應(yīng)用，將元器件集成為系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)。

紅外量子級聯(lián)激光器系列產(chǎn)品