半导体所制备成功太赫兹量子级联激光器和红外量子级联激光器

　　中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室、低维半导体材料与器件北京市重点实验室，在科技部、国家自然科学基金委及中科院等项目的支持下，经过努力探索，制备成功太赫兹量子级联激光器和红外量子级联激光器(QCL)系列产品系列产品。

　　太赫兹(THz)量子级联激光器是一种通过在半导体异质结构材料的导带中形成电子的受激光学跃迁而产生相干极化THz辐射的新型太赫兹光源。半导体材料科学重点实验室经过多年的基础研究和技术开发，目前推出系列太赫兹量子级联激光器产品。频率覆盖2.9~3.3 THz，工作温度10~90 K，功率5~120mW。

　　太赫兹波介于中红外和微波之间，是一种安全的具有非离化特征的电磁波。它能够穿透大多数非导电材料同时又是许多分子光学吸收的特征指纹光谱范围。它的光子能量低(1 THz对应的能量大约4meV)，穿透生物组织时不会产生有害的光电离和破坏，在应用到对生物组织的活体检验时，比X光更具优势。它的波长比微波短，能够被用于更高分辨率成像。THz波在分子指纹探测、诊断成像、安全反恐、宽带通讯、天文研究等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。

太赫兹量子级联激光器系列产品

　　半导体所研制的红外量子级联激光器QCL的波长覆盖中远红外波段4.4--8.6微米，室温连续输出功率10-900mW。其优势特点是体积小、可集成、大功率，具有广泛的应用前景。体现在如下几个方面：绝大多数分子的振动和转动能量对应于中远红外波段的光子能量，因此大部分物质在中远红外均有指纹性的吸收峰，可用QCL对特定的成份和含量进行标定、实现灵敏检测。因此QCL可用于温室气体检测、污染监控、医学诊断、毒品及生化危险制品检测、石油/天然气储备罐微量泄漏的远程实时监测等方面。

　　温室效应、灰霾天气引发的环境与气候问题已经成为全球关注的热点。特别是近年来北京的灰霾天气、严重影响北京市民的生活健康。如要更好地了解北京市污染排放的成因、特点及其随时间变化的规律，为国家、北京市政府决策提供一些参考数据，这就需要先进的温室气体、PM2.5等监测技术与设备。例如，温室气体的主要构成N2O、CO2、CH4的“指纹”特征吸收分别在4.3x、4.5x、7.5x微米，用对应波长的QCL可以进行高灵敏检测;灰霾的主要成分在中远红外波段也有指纹性吸收峰，用QCL可以实时、远程监测。

　　无损医学诊断，人类的呼气过程含有400种以上的“生化轨迹”，通过监测某种特定气体的含量可以检查身体的健康状况;例如用QCL测量呼出气体中NO浓度来诊断哮喘病，用QCL测量呼出气体中乙醛(吸收峰在5.7微米附近)的含量可以预测肺癌和肝病。

　　半导体所研制的室温大功率QCL已经达到工程化应用的门槛，急需相关部门进行推广应用，将元器件集成为系统应用技术。