量子级联激光器 (QCL) 是一类新型半导体激光 器，利用量子级联激光器产生中红外波段 (3~5 μm) 激 光是目前的研究热点。尤其是随着中红外激光在定 向红外对抗系统、自由空间光通信和痕量气体传感等 领域的应用，QCL 更加受到人们重视。QCL 在中红 外波段的辐射是独特的优势，具有体积小、质量轻、 可直接电调制、电光效率高等特点。基于先进的量 子阱外延层生长技术，采用磷化铟为基底、高可靠性
量子级联激光器 (QCL) 是一类新型半导体激光 器，利用量子级联激光器产生中红外波段 (3~5 μm) 激 光是目前的研究热点。尤其是随着中红外激光在定 向红外对抗系统、自由空间光通信和痕量气体传感等 领域的应用，QCL 更加受到人们重视。QCL 在中红 外波段的辐射是独特的优势，具有体积小、质量轻、 可直接电调制、电光效率高等特点。基于先进的量 子阱外延层生长技术，采用磷化铟为基底、高可靠性 脊波导结构，采用法布里-珀罗腔型的量子级联激光 器能够输出单管功率 1 W 量级的的中红外波段激 光。目前，如何提高 QCL 输出激光功率及其应用是 研究热点，也是 QCL 未来的发展趋势。 1994 年，一支 QCL 诞生于美国。随后十多年， 在基础科学研究方面取得了诸多进展，包括室温工 作、连续工作、波长设计、功率提高等方面。在高功 率 QCL 产品研制方面 ，美国 Daylight 公司在 2008~ 2011 年之间，交付 15 种 QCL 机载产品样机，单管功 率 2 W，合束模块功率达 10 W。我国中红外波段 QCL 在基础研究水平上与国际水平相当，中国科学院 半导体研究所和中国科学院上海微系统研究所等单 位做了大量的研究工作，1998年，国内一个 QCL 诞 生。目前，已实现实验室内 1 W量级中红外激光。 笔者所在实验室自 2017 年开展了 QCL 多路合 束关键技术和应用方面的研究工作。在高功 率 QCL 合束技术、 QCL 系统热管理技术、高光束 质量 QCL 控制技术、QCL 特种驱动电源等方面进行 了技术攻关。近 ，通 过 8 路 功 率 0.5 W 的 单 管 QCL 合束，实现了 3.6 W 中红外激光输出。激光系统 合束总体采用 4 路几何拼束，实现 2×2 阵列输出。 2 组阵列通过偏振合束的方式实现共孔径输出，后边 输出激光为 2×2 阵列。各子束激光经过非球面透镜 准直整形后，输出激光模式达到近单模，M2 因子优于 1.3。合束激光输出近场空间上是 4 个光斑，如图 (a) 所示。各子束激光调试实现平行输出，远场指向 重合，其输出激光远场光斑如图 (b) 所示。合束激光 输出光束口径 10 mm，远场发散角 5 mrad。同时，在 控制合束模块不超过 1 kg 的前提下，提高了整体输出 激光功率，实现了 3.6 W 激光输出，模块合束效率为 90%。此功率水平代表了当前国内公开报道的量子 级联激光系统的高输出功率。这将为高功率中红 外量子级联激光器的应用提供思路。