ナノプラス社ではバイポーラレーザーダイオードを補完することにより、波長範囲 760nm 〜 2.8μm のユニポーラ量子カスケードレーザー QCL を提供しております。量子カスケードレーザーは中赤外波長領域において革新的な可干渉性の光源です。中赤外領域はガスセンシング等の分光学アプリケーションにとっては重要な波長領域です。それは気体分子の基本振動モードがこのスペクトル領域を支配しているからです。

従来の半導体レーザーダイオードは、P-N ジャンクションにおけるバンド間の変遷に基づいていて、活性領域で使用される半導体材料によって決まる禁止帯により、最大放出波長が制限されていました。一方、ユニポーラカスケードレーザー、すなわち、キャリヤが 1つのタイプの半導体に関しては、原理的にこのような長波長限界が存在しません。ユニポーラレーザーの基本原理は、半導体の「超格子構造」内での電磁波の増幅作用に基づきます。この構造では、可干渉性中赤外光は量子井戸における「インターサブバンド変遷」によって発生し、トンネル注入され複数の多重光子生成ステージを通っります。最初にこの原則に基づくレーザー発振は、1994年 ベル研究所 (現在のLUCENT Technologies)の科学者により考案されました。

ナノプラス社ではLUCENT Technologiesとの協定に基づき、FP- とDFB- タイプの量子カスケードレーザーを提供しております。センシングや分光学等多くのアプリケーションにおいて、シングルモードレーザー光は非常に魅力的な存在です。半導体レーザーの解説に述べられているように、DFBの概念は量子カスケードレーザーにおいてシングルモードレーザー光得るために使われています。QCL DFBでは、必要な波長における1つの特定のレーザーモード光（シングルモード光）のみが放出されます。他のモードは QCL DFB 処理で定義される周期的格子構造によって抑制されます。

波長範囲 9〜12μ のシングルモード、あるいはマルチモードの量子カスケード素子を供給いたします。これらの素子はパルスモード (およそ100ナノ秒) で動作し、ペルチェ温度(-15℃)室温(25℃)でご使用いただけます。運転温度 (素子の温度) を変化させることにより、発振波長のチューニングが行えます。

図1は、QCL DFBレーザーで、温度 250Kと280K・パルス動作(パルス長: 100ナノ秒)での一例です。ペルチェ温度15℃近辺で、このレーザーは最大出力およそ10mW、効率 6.0mW/Aを示します。図2は、CO2センシングに適した 9.5μm近辺のマルチモード量子カスケードレーザー (青)とシングルモード量子カスケードDFBレーザー (紫)のスペクトルを示します。DFB QCLでは、1つの特定のレーザーモードだけが発振し、他のモードはDFBグレイティング構造によって有効に抑圧される。図3は、DFB QCLを動作温度を 250〜280K の間で変化させたときのシングルモード発振スペクトルを示します。DFB素子の温度係数は 0.54nm/Kで、量子カスケードFP素子は1.54nm/Kです。