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前言

在一间设备精良的分子束外延实验室里，研究团队小心翼翼地控制着每一个生长参数。当第五层量子点结构终于完成生长，经过精密测试，仪器屏幕上跳出了期待已久的数据：波长2.018微米，阈值电流密度589A/cm²。

这是中红外激光技术的一个重要里程碑。近日，伦敦大学学院、格拉斯哥大学、兰卡斯特大学等英国多所高校联合团队在《Light: Science & Applications》期刊发表突破性研究，首次实现了基于InAs/InP量子点的中红外激光器(https://doi.org/10.1038/s41377-025-02167-4)。

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核心内容

1.创新结构设计

研究团队采用五层堆叠的InAs/InGaAs/InP量子点结构，通过分子束外延技术生长，成功实现室温下2.018μm的激光发射。

2.性能突破

阈值电流密度（Jth）低至589Acm⁻²，每层仅118Acm⁻²，是目前所有室温工作的InP基中红外激光器中的最低值。

最高工作温度达50°C，显示出良好的热稳定性。

量子点密度高达1.83×10¹⁰cm⁻²，光致发光半高宽仅42.4meV，表明材料均匀性极佳。

3.关键技术创新

通过优化生长速率、使用As₂源、控制V/III比与温度，有效抑制了铟原子的各向异性扩散，获得了圆形、均匀的高质量量子点，解决了长期以来InAs/InP系统在2μm以上波长发射的难题。

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研究意义

1.填补技术空白

首次实现InAs/InP量子点在中红外波段的激光发射，证明了其作为增益介质的可行性，为2-2.5μm波段提供了一种低成本、高性能的半导体激光方案。

2.推动应用落地

中红外激光在痕量气体检测、环境监测、医疗诊断、红外对抗与自由空间通信等领域具有不可替代的作用。本研究成果有望推动这些应用中光源的小型化、低功耗与高性能化。

3.引领材料发展方向

该研究展示了量子点结构在中红外波段的巨大潜力，为进一步开发高温稳定、低阈值、宽调谐的中红外激光器奠定了材料与工艺基础。

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结语

这项研究不仅是中红外激光材料与器件领域的一项重要突破，更标志着量子点技术从近红外向中红外扩展的关键一步。随着进一步优化与集成，这类激光器有望在工业、医疗、通信与国防等领域发挥更大作用，真正实现“红外光源，点亮未来”。

图1：不同InAs厚度的单层InAs/InP量子点的外延结构与形貌表征

图2：不同InAs厚度单层InAs/InP量子点的光学表征

图3：不同V/III比与生长温度条件下生长的单层InAs/InP量子点的形貌特征

图4：五层堆叠InAs/InP量子点的光学与结构表征

图5：激光性能表征

图6：光谱与空间发射特性

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