中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所的科研團隊在量子級聯(lián)激光器領(lǐng)域取得重大突破。該團隊提出的多能態(tài)-連續(xù)態(tài)（MTC）有源區(qū)設(shè)計方案，成功實現(xiàn)了長波紅外波段最寬的電致發(fā)光光譜，為中紅外激光技術(shù)的多場景應(yīng)用開辟了新路徑。

傳統(tǒng)長波紅外單有源區(qū)量子級聯(lián)激光器受限于能帶工程設(shè)計的復(fù)雜性，其電致發(fā)光光譜半高全寬普遍低于600cm?1，難以滿足寬帶光譜調(diào)控與精密測量的需求。研究團隊創(chuàng)新性地采用對角躍遷機制，通過應(yīng)力補償材料體系構(gòu)建MTC結(jié)構(gòu)，使兩個注入?yún)^(qū)能級與上激光能級形成強耦合。這種設(shè)計使電子可通過三個上激光能級向三個下激光能級進行對角躍遷，多個躍遷通道協(xié)同增益，顯著拓寬了有源區(qū)的增益帶寬。

實驗采用金屬有機物化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備器件，分別測試了mesa結(jié)構(gòu)和法布里-珀羅結(jié)構(gòu)的量子級聯(lián)激光器。在298K溫度下，mesa結(jié)構(gòu)器件在11V偏壓時實現(xiàn)75.6meV的電致發(fā)光光譜半高全寬，創(chuàng)下長波紅外波段新紀錄。該器件在電流動態(tài)范圍內(nèi)展現(xiàn)出獨特的光譜特性：閾值電流附近呈現(xiàn)8.8μm的窄帶激光光譜，隨著注入電流增至2.5A，光譜寬度逐漸展寬至1.2μm，中心波長紅移至9.2μm；當(dāng)電流達到反轉(zhuǎn)電流時，光譜寬度穩(wěn)定在1.2μm，中心波長藍移至8.0μm。在80K低溫條件下，同一器件更獲得1.93μm的激光譜寬。

這項突破性成果有效解決了單有源區(qū)量子級聯(lián)激光器譜寬受限的技術(shù)難題，為中紅外頻率梳、高精度寬光譜傳感、成像及自由空間通信等領(lǐng)域提供了集成化高效光源解決方案。研究團隊通過優(yōu)化能帶結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了單個有源區(qū)在室溫下1.2μm的激光光譜寬度，標志著我國在中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。