Mokslo bendruomenėje vidutinė -infraraudonųjų spindulių juosta yra žinoma kaip „molekulinė pirštų atspaudų sritis“, kurioje sutelkti būdingi daugumos dujų teršalų ir biomolekulių virpesių ir sukimosi energijos lygio perėjimai. Spektroskopinė aptikimo įranga, sukurta naudojant QCL, yra pagrindinė aplinkos nuotolinio stebėjimo, pramoninių dujų stebėjimo, neinvazinės medicininės diagnostikos ir didelės-nemokamos-erdvės optinės komunikacijos aparatinė įranga. Tačiau tradiciniai vidutiniai -infraraudonųjų spindulių QCL jau seniai susiduria su daugybe technologinių kliūčių. Pagrindiniai mažai{8}}galios sprendimai labai priklauso nuo sudėtingų pusiau -izoliacinių InP (SI-InP) šoninio ataugimo procesų, kurie ne tik apima sudėtingą gamybą ir mažą lustų išeigą, bet ir žymiai padidina bendras išlaidas. Be to, šie įrenginiai paprastai kenčia nuo riboto šilumos išsklaidymo ir nuolat didelio energijos suvartojimo, todėl juos sunku pritaikyti prie nešiojamos ir miniatiūrinės lauko aptikimo įrangos poreikių.
Siekdama išspręsti šias pramonės problemas, CIOMP tyrėjo Meng Bo komanda nubrėžė naują kursą, naujoviškai pasiūlydama „Taurės{0} formos“ bangolaidį QCL. Pagrindinė dizaino koncepcija apima selektyvią-šlapią aktyviosios srities išgraviravimą, kad jos plotis būtų žymiai mažesnis nei viršutinio ir apatinio dangos sluoksnių, suformuojant unikalų taurę{3}}panašų-skerspjūvio profilį. Šis integruotas dizainas tuo pačiu metu pašalina gamybos, srovės įpurškimo ir šilumos valdymo kliūtis. Pirma, tai visiškai pašalina SI-InP šoninio ataugimo proceso poreikį, o tai smarkiai sumažina masinės gamybos ir gamybos sąnaudų slenkstį. Antra, išlikusi plati viršutinio apvalkalo konstrukcija užtikrina vienodą srovės įpurškimą, užkertant kelią vietiniam srovės susigrūdimui. Galiausiai, išplėstas InP apvalkalas sukuria daugybę šilumos išsklaidymo būdų, efektyviai sumažindamas šiluminės varžos kliūtis, atsirandančias dėl tradicinių SiO₂ pasyvavimo sluoksnių, ir iš esmės pagerindamas lazerių darbo stabilumą aukštoje temperatūroje.
Siekdama patikrinti šio dizaino pagrįstumą, tyrėjų komanda pagamino daugiau nei 50 skirtingų dydžių taurės{1}} formos QCL įrenginių ir atliko sisteminius vertinimus. Keli pagrindiniai rodikliai pasiekė aukštesnį lygį tarp panašių struktūrų. Kambario temperatūros (293 K) sąlygomis 1 mm × 3 μm įrenginys sunaudojo maždaug 1 W nuolatinės bangos (CW) slenkstinį energijos suvartojimą, o impulsinės slenkstinės energijos suvartojimas buvo tik 0,85 W. Kambario temperatūros CW išėjimo galia viršijo 24 KW išėjimo galią esant 24 K3 mW. 83 mW, o impulsinė išėjimo galia padidėjo iki 130 mW. Be to, prietaisas demonstravo puikų optoelektroninės konversijos našumą ir pasiekė 3,9 % kambario temperatūrų impulsinės sienos{18}}kištuko efektyvumą (WPE) ir visapusišką našumą, atitinkantį pagrindinius palaidotus heterostruktūros produktus. Kalbant apie patikimumą, per 25 -val. nepertraukiamo didelės galios veikimo bandymą išėjimo galios svyravimai buvo tik 1,9 mW, o tai visiškai patvirtina išskirtinį konstrukcijos šiluminį stabilumą ir tvirtumą.
Pažymėtina, kad siauriausiuose 2 μm-pločio įrenginiuose buvo pasiektas stabilus vieno -modelis lazeravimas visame dinaminės srovės diapazone, o šoninio-režimo slopinimo koeficientas buvo maždaug 20 dB, nereikalaujant jokių bangos ilgio-elementų. Ši vieno-dažnio charakteristika suteikia naujų įžvalgų, kaip integruoti vieno-vidutinio dažnio-infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinius į-lustą. Istoriškai didelio našumo{12}}vidutinio{13}infraraudonųjų spindulių lazerio lustai buvo labai priklausomi nuo užsienio produktų. Šis technologinis proveržis subalansuoja proceso paprastumą, mažas energijos sąnaudas ir didelį patikimumą, suteikiant autonominį technologinį kelią su dideliu industrializacijos potencialu. Žvelgiant į ateitį, tikimasi, kad šis šviesos šaltinio sprendimas žymiai paspartins rankinių dujų detektorių, transporto priemonėse montuojamų aplinkos stebėjimo įrangos ir nešiojamų medicininių spektrometrų lokalizavimą, taip pat suteiks galimybę pažangiausiuose{17}}laukuose, pvz., mikroschemų netiesinėje fotonikos ir atmosferos pėdsakų nuotolinio stebėjimo srityse.
