中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的科研團隊在量子級聯激光器領域取得重要突破。由孟博研究員領銜的團隊提出了一種創新的中紅外單核量子級聯激光器有源區設計方案，相關成果發表于國際權威期刊《light: science & applications》。該研究通過多能態-連續態（MTC）結構設計，成功實現了超寬增益譜和室溫激光光譜的量子級聯激光器，為中紅外光學頻率梳、超短脈沖生成等前沿技術提供了關鍵器件支撐。
傳統長波紅外量子級聯激光器受限于有源區能帶工程設計的復雜性，其電致發光光譜半高全寬普遍低于600cm?1，難以滿足寬帶光譜調控與精密測量的應用需求。研究團隊創新性地采用對角躍遷機制，通過應力補償材料體系構建MTC結構，使兩個注入區能級（4和6）與上激光能級5形成強耦合。這種設計使電子可通過三個上激光能級（4-6）向下激光能級（1-3）進行對角躍遷，多個躍遷通道同時貢獻增益，顯著拓寬了有源區的增益帶寬。
實驗驗證環節，科研人員利用金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）技術完成器件外延生長，制備了mesa結構和法布里-珀羅（FP）結構兩種量子級聯激光器。在298K室溫條件下，mesa結構器件在11V偏壓下測得電致發光光譜最大半高全寬達75.6meV，創下長波紅外波段最寬EL寬度紀錄。當注入電流從閾值電流增至2.5A時，器件光譜寬度隨電流升高逐漸展寬，中心波長從8.8μm紅移至9.2μm；進一步增加電流至反轉電流時，光譜寬度持續拓寬至1.2μm，中心波長最終穩定在8.0μm，展現出優異的電流調諧特性。
低溫測試數據顯示，同一器件在80K條件下可獲得1.93μm的激光譜寬，進一步驗證了MTC設計的溫度適應性。該成果突破了單有源區量子級聯激光器譜寬受限的技術瓶頸，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域提供了集成化高效光源解決方案。研究團隊通過優化能帶結構設計，成功實現了從電致發光到激光輸出的全光譜展寬，為量子級聯激光器的實用化進程注入新動能。
