لیزرهای آبشار کوانتومی

در حالی که اکثر لیزرهای نیمه هادی در منطقه nearinfrared ساطع می شوند ، لیزرهای کوانتومی آبشار (QCLs) در میانی مادون قرمز منتشر می شوند ، با طول موج بین چند میکرون تا بیش از 10 میکرومتر ، گاهی اوقات حتی بسیاری از ده ها میکرون (برای فرکانس های نوری در منطقه تراهرتز).

به جای انتقال بین باند (باند انتقال به باند Valence) ، QCL ها به انتقال بین باند بین زیر لبه های چاه های کوانتومی با انرژی فوتون بسیار کمتری تکیه می کنند. به منظور استفاده بیشتر از انرژی الکتریکی و ایجاد سود بیشتر ، از آبشاری از چنین انتقالاتی استفاده می شود ، الکترون های quantum_wellswhere می توانند از پایین ترین سطح یک چاه کوانتومی تا سطح لیزر بالایی چاه کوانتومی بعدی تونل شوند. شکل نشان می دهد انرژی الکترون در مقابل موقعیت در منطقه ای با سه چاه کوانتومی ، جایی که یک الکترون که از درون سازه عبور می کند می تواند سه فوتون لیزر را کمک کند.  

در حالی که به طور مداوم کار می کند ، دستگاه های دمای اتاق به طور معمول به سطح توان خروجی در منطقه با میلی ولت پایین محدود می شوند (اگرچه در موارد استثنایی می توان صدها میلی وات تولید کرد) ، با خنک کننده با نیتروژن مایع صدها میلی ولت به راحتی امکان پذیر است. حتی در دمای اتاق ، قدرت اوج سطح وات با استفاده از پالس های کوتاه پمپ قابل دستیابی است.

شاید مهمترین کاربردهای لیزرهای آبشار کوانتومی طیف سنجی از گازهای ردیابی باشد (به عنوان مثال ، تشخیص آلودگی هوا). علاوه بر دامنه مناسب برای طول موج ، QCL ها معمولاً از یک پهنای باند نسبتاً باریک و قابلیت تنظیم طول موج خوب برخوردار هستند و آنها را برای چنین کاربردهایی بسیار مناسب می کند.