Cascadelaserstrukturer

Cascadelaserstrukturer är uppsättningar av lasersteg som kopplas i serie så att varje steg bidrar till den övergripande ljusproduktionen eller effekten hos en enhet. I praktiken innebär detta att en ström som matas in i enheten passerar genom flera återkommande aktiva regioner eller moduler, så att flera emissionsevenemang sker längs vägen. Such arbetsprinciper används särskilt i adderade eller kaskadorganiserade lasersystem där målet är att öka utgångseffekten eller möjliggöra noggrann våglängdskontroll utan att bygga upp en mängd separata kapslade lasrar.

Inom kvantkaskadlazer (Quantum Cascade Lasers, QCL) är cascaden särskilt framträdande: enheten består av upprepade moduler av injector, aktiv region och utträdesgång, där elektroner passerar genom flera sådana steg och varje steg genererar fotoner. Denna arkitektur möjliggör hög effekt, anpassad justering av emissionens våglängd via väl- och barriärmaterial, och versioner som opererar i mid-infrared till terahertz. Tillverkning sker vanligen med epitaxi, exempelvis metallocka kemisk åldring (MOCVD) eller molekylär strålningsstrikt, på materialsystem som GaAs/AlGaAs eller InP-baserade strukturer. Viktiga designfaktorer inkluderar effektiv carriertransport mellan stegen, termisk hantering och minimering av förluster mellan modulerna.

Användningar för cascadelaserstrukturer omfattar högkraftslasrar för spektroskopi, gas- och miljöövervakning samt industriell bearbetning och försvarsapplikationer. Nackdelar inkluderar ökad komplexitet, krav på hög materialkvalitet och utmaningar med värmeavledning, men fördelen är potentialen till högre uteffekt, skräddarsydd våglängdsbredd och kompakthet jämfört med konventionella singlestegsla lasersystem.