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研究背景量子級聯(lián)激光器（QCL）是一種基于單極性載流子躍遷的紅外半導(dǎo)體激光器，其發(fā)光機(jī)制源于電子在量子級聯(lián)結(jié)構(gòu)子帶間的躍遷。這種激光器憑借其獨(dú)特的發(fā)光波長覆蓋中遠(yuǎn)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(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。長期以來，分子束外延（MBE）技術(shù)憑借其在生長參數(shù)控制精度和界面陡峭度方面的優(yōu)勢，成為QCL生長的選技術(shù)。2020年，國外研究團(tuán)隊(duì)基于MBE技術(shù)制備的QCL單管器件達(dá)到了室溫連續(xù)輸出功率5.6W的業(yè)界高水平。然而，MBE技術(shù)受限于高昂...

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

要理解空芯光纖，我們得先明白傳統(tǒng)光纖為何重要。高錕先生因發(fā)明光纖獲得諾貝爾獎(jiǎng)，因?yàn)楣饫w是光信息和光能量遠(yuǎn)距離傳輸?shù)暮诵妮d體，它開啟了光通信和信息時(shí)代的大門。傳統(tǒng)光纖的本質(zhì)是純度的玻璃絲，利用“全反射”原理將光約束在實(shí)芯的玻璃纖芯中傳輸。其最關(guān)鍵的性能指標(biāo)是損耗，損耗越低，光能傳得越遠(yuǎn)。目前傳統(tǒng)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(tǒng)光纖損耗曲線這個(gè)極限從何而來？材料本身有固有缺陷：短波長端受散射效應(yīng)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(lián)激光器（ICL）的工作特點(diǎn)。基于高質(zhì)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(jié)構(gòu)的W形半導(dǎo)體能帶設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)注入電子的帶間躍遷和級聯(lián)發(fā)光。脊條型激光器采用上下對稱性波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了激光在兩個(gè)端面的發(fā)射。ICL是一類高效的中紅外激光器，在痕量氣體檢測、工業(yè)過程控制、呼出氣體健康監(jiān)測等場景中有重要應(yīng)用。研究背景基于III-V族半導(dǎo)體的二類超晶格（Type-IIsuperlattices）是通過能帶工程設(shè)計(jì)的一類人工微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，由...

封面圖以中紅外激光光束為核心元素，右側(cè)為傳統(tǒng)法布里-珀羅（FP）激光器的發(fā)散光束（雙瓣?duì)睿笳鞲唠A模混合），左側(cè)為集成多模干涉（MMI）耦合器的激光器輸出的準(zhǔn)直基模光束（單瓣?duì)睿咏苌錁O限）。封面圖直觀對比了傳統(tǒng)FP激光器與集成MMI耦合器的帶間級聯(lián)激光器（ICL）的光束質(zhì)量差異，突出MMI通過自映像效應(yīng)抑制高階模、優(yōu)化光束質(zhì)量的原理，衍射極限光束象征研究目標(biāo)——實(shí)現(xiàn)高功率與高光束質(zhì)量的協(xié)同輸出，為自由空間通信等應(yīng)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(dǎo)三種平臺的拉曼激光產(chǎn)生。拉曼介質(zhì)內(nèi)的微觀粒子受外部激光輻照產(chǎn)生振動(dòng)形成光學(xué)聲子，并向外輻射出波長紅移的斯托克斯光子，從而實(shí)現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換。在過去數(shù)十年的發(fā)展中，基于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激光器發(fā)展迅速，目前已能實(shí)現(xiàn)萬瓦級連續(xù)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(zhì)能級結(jié)構(gòu)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(fā)射半導(dǎo)體激光器泵浦固體、氣體和光纖激光器的場景。半導(dǎo)體激光器中的電子和空穴在量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)高效復(fù)合產(chǎn)生光子，經(jīng)諧振腔完成光模場調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高亮度的激光輸出。工業(yè)化芯片制備、高效率波導(dǎo)設(shè)計(jì)、模式調(diào)控和片上光柵等技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)半導(dǎo)體激光器在功率、電光效率、光束質(zhì)量及光譜調(diào)控等方面不斷突破極限，為當(dāng)代高能激光技術(shù)提供核心驅(qū)動(dòng)力。一、引言GaAs基高功率邊發(fā)射半導(dǎo)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(tǒng)的核心器件，其發(fā)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(nèi)正負(fù)帶電粒子的微觀運(yùn)動(dòng)軌跡被藝術(shù)化為星云，它們既在雙色激光場與等離子體環(huán)境中各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)又彼此相互影響。這個(gè)高度非線性過程激發(fā)了與帶電粒子運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)的太赫茲輻射，也為揭示其機(jī)理、精準(zhǔn)調(diào)控其參數(shù)提供了有效途徑與技術(shù)手段。1、背景介紹太赫茲輻射在電磁波譜中介于傳統(tǒng)光學(xué)的中紅外波段與傳統(tǒng)電子學(xué)的微波波段之間，具有單光子能量低、穿透性好的特點(diǎn)，且覆蓋了化合物和生物大分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)在內(nèi)的許多物理過程的特征頻率，因而在材料科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、通...