中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的科研团队在量子级联激光器领域取得重要突破。由孟博研究员领衔的团队提出了一种创新的中红外单核量子级联激光器有源区设计方案，相关成果发表于国际权威期刊《light: science & applications》。该研究通过多能态-连续态（MTC）结构设计，成功实现了超宽增益谱和室温激光光谱的量子级联激光器，为中红外光学频率梳、超短脉冲生成等前沿技术提供了关键器件支撑。
传统长波红外量子级联激光器受限于有源区能带工程设计的复杂性，其电致发光光谱半高全宽普遍低于600cm⁻¹，难以满足宽带光谱调控与精密测量的应用需求。研究团队创新性地采用对角跃迁机制，通过应力补偿材料体系构建MTC结构，使两个注入区能级（4和6）与上激光能级5形成强耦合。这种设计使电子可通过三个上激光能级（4-6）向下激光能级（1-3）进行对角跃迁，多个跃迁通道同时贡献增益，显著拓宽了有源区的增益带宽。
实验验证环节，科研人员利用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术完成器件外延生长，制备了mesa结构和法布里-珀罗（FP）结构两种量子级联激光器。在298K室温条件下，mesa结构器件在11V偏压下测得电致发光光谱最大半高全宽达75.6meV，创下长波红外波段最宽EL宽度纪录。当注入电流从阈值电流增至2.5A时，器件光谱宽度随电流升高逐渐展宽，中心波长从8.8µm红移至9.2µm；进一步增加电流至反转电流时，光谱宽度持续拓宽至1.2µm，中心波长最终稳定在8.0µm，展现出优异的电流调谐特性。
低温测试数据显示，同一器件在80K条件下可获得1.93µm的激光谱宽，进一步验证了MTC设计的温度适应性。该成果突破了单有源区量子级联激光器谱宽受限的技术瓶颈，为中红外频率梳、高精度宽光谱传感、成像及自由空间通信等领域提供了集成化高效光源解决方案。研究团队通过优化能带结构设计，成功实现了从电致发光到激光输出的全光谱展宽，为量子级联激光器的实用化进程注入新动能。
