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研究背景量子級聯激光器（QCL）是一種基于單極性載流子躍遷的紅外半導體激光器，其發光機制源于電子在量子級聯結構子帶間的躍遷。這種激光器憑借其獨特的發光波長覆蓋中遠紅外波段的特性，在痕量氣體檢測、自由空間光通信、紅外對抗等領域展現出巨大的應用潛力。長期以來，分子束外延（MBE）技術憑借其在生長參數控制精度和界面陡峭度方面的優勢，成為QCL生長的選技術。2020年，國外研究團隊基于MBE技術制備的QCL單管器件達到了室溫連續輸出功率5.6W的業界高水平。然而，MBE技術受限于高昂...

研究背景激光尾波場加速（LaserWakefieldAcceleration,LWFA）憑借比傳統加速器高出千倍以上的加速梯度，有望推動加速器朝著小型化、低成本的方向變革，在新型輻射源、醫學成像、腫瘤放療等領域潛力巨大。然而，電子束注入機制在很大程度上決定了最終電子束的能量、能散和穩定性。離化注入機制因其能夠穩定地產生大電量電子束而被廣泛應用，但氣體持續離化導致的連續注入過程，使得離化注入機制得到的電子通常為連續寬譜，限制了其在高精度物理實驗和緊湊型光源中的應用。如何在保持注...

要理解空芯光纖，我們得先明白傳統光纖為何重要。高錕先生因發明光纖獲得諾貝爾獎，因為光纖是光信息和光能量遠距離傳輸的核心載體，它開啟了光通信和信息時代的大門。傳統光纖的本質是純度的玻璃絲，利用“全反射”原理將光約束在實芯的玻璃纖芯中傳輸。其最關鍵的性能指標是損耗，損耗越低，光能傳得越遠。目前傳統石英光纖損耗已接近其材料理論極限，約在0.14dB/km（在1.5微米波段附近）。圖1傳統光纖損耗曲線這個極限從何而來？材料本身有固有缺陷：短波長端受散射效應限制，長波長端受材料吸收限制...

封面描繪了中紅外帶間級聯激光器（ICL）的工作特點。基于高質量二類超晶格/量子阱材料的分子束外延生長，以及二類量子阱人工微結構的W形半導體能帶設計，可實現注入電子的帶間躍遷和級聯發光。脊條型激光器采用上下對稱性波導結構，實現了激光在兩個端面的發射。ICL是一類高效的中紅外激光器，在痕量氣體檢測、工業過程控制、呼出氣體健康監測等場景中有重要應用。研究背景基于III-V族半導體的二類超晶格（Type-IIsuperlattices）是通過能帶工程設計的一類人工微結構半導體材料，由...

封面圖以中紅外激光光束為核心元素，右側為傳統法布里-珀羅（FP）激光器的發散光束（雙瓣狀，象征高階模混合），左側為集成多模干涉（MMI）耦合器的激光器輸出的準直基模光束（單瓣狀，接近衍射極限）。封面圖直觀對比了傳統FP激光器與集成MMI耦合器的帶間級聯激光器（ICL）的光束質量差異，突出MMI通過自映像效應抑制高階模、優化光束質量的原理，衍射極限光束象征研究目標——實現高功率與高光束質量的協同輸出，為自由空間通信等應用提供理想光源。研究背景中紅外（3-4μm）激光在氣體檢測、...

1背景介紹封面展示了拉曼激光器工作的基本原理及基于塊狀晶體、光纖和片上光波導三種平臺的拉曼激光產生。拉曼介質內的微觀粒子受外部激光輻照產生振動形成光學聲子，并向外輻射出波長紅移的斯托克斯光子，從而實現波長轉換。在過去數十年的發展中，基于粒子數反轉的激光器發展迅速，目前已能實現萬瓦級連續波及峰值功率拍瓦級脈沖激光輸出，但輸出波長仍受到增益介質能級結構的限制，如氣體激光器輸出波長通常為633nm（He-Ne）或10μm附近（CO2），基于鐿（Yb）、釹（Nd）、鉺（Er）、銩（T...

封面展示了GaAs基高功率邊發射半導體激光器泵浦固體、氣體和光纖激光器的場景。半導體激光器中的電子和空穴在量子阱結構內高效復合產生光子，經諧振腔完成光模場調控，實現高功率、高效率、高亮度的激光輸出。工業化芯片制備、高效率波導設計、模式調控和片上光柵等技術創新推動半導體激光器在功率、電光效率、光束質量及光譜調控等方面不斷突破極限，為當代高能激光技術提供核心驅動力。一、引言GaAs基高功率邊發射半導體激光器作為光纖激光器、固體激光器、堿金屬蒸氣激光器等激光系統的核心器件，其發展始...

封面展示了雙色激光聚焦形成的等離子體光絲，光絲內正負帶電粒子的微觀運動軌跡被藝術化為星云，它們既在雙色激光場與等離子體環境中各自獨立運動又彼此相互影響。這個高度非線性過程激發了與帶電粒子運動關聯的太赫茲輻射，也為揭示其機理、精準調控其參數提供了有效途徑與技術手段。1、背景介紹太赫茲輻射在電磁波譜中介于傳統光學的中紅外波段與傳統電子學的微波波段之間，具有單光子能量低、穿透性好的特點，且覆蓋了化合物和生物大分子振動和轉動在內的許多物理過程的特征頻率，因而在材料科學、生物、醫學、通...