Zinātnieku aprindās vidējā -infrasarkanā josla ir pazīstama kā "molekulāro pirkstu nospiedumu apgabals", kurā koncentrējas vairumam gāzu piesārņotāju un biomolekulu raksturīgās vibrācijas un rotācijas enerģijas līmeņa pārejas. Spektroskopiskās noteikšanas iekārtas, kas veidotas uz QCL, kalpo kā galvenā aparatūra vides attālajai uzrādei, rūpniecisko gāzu uzraudzībai, neinvazīvai medicīniskajai diagnostikai un ātrgaitas-bezmaksas{4}}kosmosa optiskajai komunikācijai. Tomēr tradicionālie vidēja-infrasarkano staru QCL jau sen ir saskārušies ar vairākiem tehnoloģiskiem šķēršļiem. Galvenie mazjaudas risinājumi lielā mērā ir atkarīgi no sarežģītiem daļēji-izolējošiem InP (SI-InP) sānu atjaunošanas procesiem, kas ne tikai ietver apgrūtinošu ražošanu un zemu mikroshēmu ražīgumu, bet arī ievērojami palielina kopējās izmaksas. Turklāt šīs ierīces parasti cieš no ierobežotas siltuma izkliedes un pastāvīgi liela enerģijas patēriņa, kas apgrūtina to pielāgošanu pārnēsājamo un miniaturizēto lauka noteikšanas iekārtu prasībām.
Lai novērstu šīs nozares problēmas, pētnieka Menga Bo (Meng Bo) komanda no CIOMP izveidoja jaunu kursu, inovatīvi piedāvājot “kausa{0}formas” viļņvada QCL. Galvenā dizaina koncepcija ietver selektīvu slapjo-aktīvā apgabala iegravēšanu, lai tā platums būtu ievērojami mazāks nekā augšējā un apakšējā apšuvuma slāņa platums, veidojot unikālu kausam-līdzīgu-šķērsgriezuma profilu. Šis integrētais dizains vienlaikus novērš vājās vietas ražošanā, strāvas iesmidzināšanā un siltuma pārvaldībā. Pirmkārt, tas pilnībā novērš nepieciešamību pēc SI-InP sānu ataugšanas procesa, krasi pazeminot masveida ražošanas un ražošanas izmaksu slieksni. Otrkārt, saglabātā platā augšējā apšuvuma struktūra nodrošina vienmērīgu strāvas ievadīšanu, novēršot lokālu strāvas izspiešanu. Visbeidzot, paplašinātais InP apšuvums rada vairākus siltuma izkliedes ceļus, efektīvi mazinot termiskās pretestības vājo vietu, ko izraisa tradicionālie SiO₂ pasivācijas slāņi, un būtiski uzlabojot lāzeru darbības stabilitāti augstā temperatūrā.
Lai pārbaudītu šīs konstrukcijas iespējamību, pētnieku komanda izgatavoja vairāk nekā 50 dažāda izmēra kausa{1}} QCL ierīces un veica sistemātiskus novērtējumus. Vairāki galvenie rādītāji līdzīgām struktūrām sasniedza augstāku līmeni. Telpas temperatūras (293 K) apstākļos 1 mm × 3 μm ierīce sasniedza nepārtraukta -viļņa (CW) sliekšņa enerģijas patēriņu aptuveni 1 W ar impulsa sliekšņa enerģijas patēriņu tikai 0,85 W. Telpas temperatūras CW izejas jauda pārsniedza 24 W 3 mW maksimālo izejas jaudu. 83 mW, un impulsa izejas jauda palielinājās līdz 130 mW. Turklāt ierīce demonstrēja izcilu optoelektroniskās pārveidošanas veiktspēju, sasniedzot telpas -temperatūras impulsu sienas-spraudņa efektivitāti (WPE) 3,9% apmērā ar visaptverošu veiktspēju, kas atbilst vispārpieņemtiem heterostruktūras produktiem. Runājot par uzticamību, 25 stundu bez pārtraukuma lielas jaudas darbības testa laikā izejas jaudas svārstības bija tikai 1,9 mW, kas pilnībā apstiprina konstrukcijas izcilo termisko stabilitāti un robustumu.
Konkrēti, šaurākās 2 μm-platās ierīces nodrošināja stabilu viena-režīmu lāzeru visā dinamiskās strāvas diapazonā ar sānu-režīmu slāpēšanas koeficientu aptuveni 20 dB, kam nebija nepieciešami viļņa garuma-selektīvie elementi. Šis vienas-frekvences raksturlielums sniedz jaunu ieskatu vienas-frekvences vidējas-infrasarkanās gaismas avotu integrēšanai-mikroshēmā. Vēsturiski augstas -veiktspējas vidējas-infrasarkanās lāzera mikroshēmas ir bijušas ļoti atkarīgas no ārzemju produktiem. Šis tehnoloģiskais sasniegums līdzsvaro procesa vienkāršību, zemu enerģijas patēriņu un augstu uzticamību, nodrošinot autonomu tehnoloģisko ceļu ar spēcīgu industrializācijas potenciālu. Raugoties nākotnē, paredzams, ka šis gaismas avota risinājums ievērojami paātrinās rokas gāzes detektoru, transportlīdzeklī{16}}montētu vides uzraudzības iekārtu un pārnēsājamo medicīnisko spektrometru lokalizētu iterāciju, vienlaikus nodrošinot visprogresīvākos laukus, piemēram, mikroshēmu nelineāro fotoniku un atmosfēras izsekojamības gāzu tālvadību.
