2026年7月27日——近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的孟博研究员团队提出了一种采用高脚杯型波导结构的新型量子级联激光器（QCL），实现了室温低功耗激光发射。

这项研究成果发表在著名期刊《Laser & Photonics Reviews》上，文章题为"低功耗高脚杯型量子级联激光器"。第一作者为硕士研究生张乐泉和博士研究生刘鹏，通讯作者为孟博研究员。

中红外光谱区域常被称为"分子指纹区"，是众多气体和生物分子振动-转动跃迁的活跃带，在气体传感、环境监测和医学诊断等领域具有不可替代的应用价值。然而，传统中红外量子级联激光器长期受限于高功耗、复杂制备工艺和高昂成本等瓶颈，严重制约了便携式红外系统的实际部署。

核心设计理念在于，通过选择性湿法腐蚀有源区，使波导截面呈现有源区宽度显著窄于上下包层的结构，形成独特的高脚杯型轮廓。这一架构具有三大优势：

工艺简化：该方法完全摒弃了低功耗器件传统所需的半绝缘InP横向再生长工艺，显著降低了制造成本并提高了良率。

优化电流注入：保留的宽上包层确保了向有源区的均匀、高效电流注入。

增强热管理：延展的InP包层提供了额外的散热通道，有效缓解了SiO₂钝化层所带来的热瓶颈问题。

团队制备并表征了超过50个不同尺寸的高脚杯型量子级联激光器器件。主要成果包括：

低室温连续波功耗：对于1 mm × 3 μm的器件，在室温（293 K）下，连续波阈值功耗约为1 W，脉冲阈值低至0.85 W。

高输出功率：该器件在室温下可提供超过27 mW的连续波输出功率；在低温（243 K）下，最大连续波和脉冲输出功率分别达到83 mW和130 mW。

优异的功率转换效率：室温下脉冲模式电光转换效率达到3.9%，连续波模式为1.6%；在243 K下分别提升至6.4%和4.9%——性能可与掩埋异质结构器件相媲美。

团队进行了25小时连续运行可靠性测试。在回滞电流点驱动下，器件保持稳定的370 mW连续波输出功率，最大功率波动仅为1.9 mW，充分验证了高脚杯型架构在高电功率注入下的热稳定性和结构鲁棒性。

值得注意的是，最窄的2 μm宽器件在整个电流动态范围内展现出稳定的单模发射，边模抑制比约为20 dB，电流调谐速率为0.14 nm/mA。这种单模行为源于窄波导中模态增益降低导致的模式阈值升高，并且无需任何波长选择元件即可实现——为片上集成单模中红外激光光源提供了一条有前景的路径。

这项研究为便携式中红外传感系统、高速自由空间光通信和片上非线性光子学等新兴应用提供了一种同时具备低成本、低功耗和高可靠性的激光光源解决方案。