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大突破。该团队提出的多能态-连续态（MTC）有源区设计方案，成功实现了长波红外波段最宽的电致发光光谱，为中红外激光技术的多场景应用开辟了新路径。
传统长波红外单有源区量子级联激光器受限于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，使两个注入区能级与上激光能级形成强耦合。这种设计使电子可通过三个上激光能级向三个下激光能级进行对角跃迁，多个跃迁通道协同增益，显著拓宽了有源区的增益带宽。
实验采用金属有机物化学气相沉积技术制备器件，分别测试了mesa结构和法布里-珀罗结构的量子级联激光器。在298K温度下，mesa结构器件在11V偏压时实现75.6meV的电致发光光谱半高全宽，创下长波红外波段新纪录。该器件在电流动态范围内展现出独特的光谱特性：阈值电流附近呈现8.8µm的窄带激光光谱，随着注入电流增至2.5A，光谱宽度逐渐展宽至1.2µm，中心波长红移至9.2µm；当电流达到反转电流时，光谱宽度稳定在1.2µm，中心波长蓝移至8.0µm。在80K低温条件下，同一器件更获得1.93µm的激光谱宽。
这项突破性成果有效解决了单有源区量子级联激光器谱宽受限的技术难题，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，实现了单个有源区在室温下1.2µm的激光光谱宽度，标志着我国在中红外激光技术领域达到国际领先水平。
