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中紅外量子級聯激光器：從物理原理到氣體傳感與MIR光譜應用解析在光電子技術的發展史-上，1994年量子級聯激光器（QCL）的首-次室溫連續波演示是一項里程碑式的突破。傳統半導體激光器受限于材料帶隙，無法覆蓋中紅外（3~20μm）波段——而這一區域恰好是有機分子最重要的振動指紋區。QCL利用半導體超晶格中電子的量子隧穿效應，在外加電場驅動下沿量子阱層級聯躍遷，每級發射一個光子。波長僅由量子阱厚度決定，同一種材料（InGaAs/AlInAs）即可實現3~20μm的任意波長輸出。經...

干涉是光波疊加時最本質的現象之一。當兩束相干光——即具有固定相位關系的光——在空間中相遇時，它們會疊加形成明暗相間的條紋：相位相同處振幅相加，亮度增強；相位相反處振幅相消，亮度減弱。這一定性的現象，在定量層面卻蘊含著驚人的精度——干涉條紋的移動可以精確到光波波長的千分之一，甚至萬分之一。由于光速c與波長λ和頻率ν之間滿足c=λ·ν，光波長本身就是自然界最-穩-定的長度基準之一。因此，利用干涉原理制成的干涉儀，成為人類測量長度、位移、角度、速度、介質折射率乃至引力波的最-精密儀...

光譜是光攜帶信息最直接的呈現方式。任何光源——無論是激光器、LED還是自然光——的光場在頻域（波長/頻率域）上的分布，即為其光譜，包含了該光源的峰值波長、光譜寬度、邊模抑制比、ASE（放大自發輻射）背景和漂移特性等全部關鍵信息。在光電子領域，光譜測量是表征光源質量、驗證器件性能、診斷系統故障最基礎也最-權-威的手段。一臺精準的光譜儀，能夠以亞皮米級的分辨率揭示激光器光譜中肉眼無法察覺的細節——主峰與邊模之間的功率比是否滿足通信規范，可調諧激光器的跳模點出現在哪個波長，EDFA...

光不僅是信息的載體，也是能量的載體——如何精確控制光場的振幅分布、相位分布乃至偏振態，是光學工程中一個古老而又常新的命題。從最基礎的光闌和光柵，到后來的衍射光學元件（DOE）和微透鏡陣列，人類一直在探索對光束進行“整形”的手段。而空間光調制器（SpatialLightModulator，SLM）的出現，將這道命題推向了一個全新的維度——動態、可編程的光場控制。SLM的本質是一塊帶有海量獨立像素的面陣器件，每個像素的折射率（或相位延遲）在外部電信號的控制下獨立可調，從而在光束截...

在光通信、精密計量、光學傳感和生物醫學成像等領域，光源波長是否靈活可調，往往決定了系統的適用范圍和運維效率。可調諧激光器（TunableLaser）正是為解決這一需求而生的核心器件——它在一顆器件內提供多個波長通道，替代了過去需要多個固定波長激光器才能完成的工作，大幅簡化了系統架構、降低了備件庫存，并在波分復用（WDM）網絡保護切換、頻譜掃描成像和氣體分子高靈敏度檢測等場景中展現出不可替代的價值。本文聚焦四種當前最-成-熟的可調諧激光器技術路線——DBR單片集成、外腔激光器（...

激光雷達（LiDAR，LightDetectionａndRanging）是一種主動式光學遙感技術，通過發射激光脈沖并接收目標反射回波，精確測量目標的距離、角度和反射強度，從而構建三維點云圖像。相比攝像頭（被動成像，依賴環境光）和毫米波雷達（分辨率低），激光雷達兼具高精度（厘米級距離、亞度級角度）和高分辨率（每秒數十萬點）的優勢，是實現高級別自動駕駛（L3-L5）和機器人自主導航的核心傳感器。激光雷達系統由四大核心光電器件組成：發射端（激光器）、接收端（光電探測器）、光束掃描機...

光通信是現代信息社會的神經網絡。從手機基站到核心機房、從數據中心內部互聯到跨洲海底光纜，所有的高速數據交換都依賴光收發模塊將電信號轉換為光信號、通過光纖傳輸、再轉換回電信號。隨著AI大模型訓練對算力的爆發式需求，數據中心內部的光互連帶寬正以每兩年翻一番的速度增長，光通信技術正面臨前-所-未-有的升級壓力。光收發模塊的演進史就是一部微縮的光電子技術進化史：從中低速率的百兆以太網，到萬兆（10Gbps）以太網，到25GbpsNRZ，再到如今的400G/800G/1.6TPAM4高...

光學成像是將光學圖像轉換為電子信號并進行存儲或處理的技術，是人類感知世-界-最重要的信息獲取手段之一。從智能手機的前后攝像頭，到自動駕駛汽車的360度環境感知，從半導體工廠的缺陷檢測，到太空望遠鏡深空觀測，光學成像系統無處不在。圖像傳感器是光學成像系統的核心，它將鏡頭匯聚的光子轉換為電信號，是數碼相機、智能手機、自動駕駛汽車、工業檢測設備的核心器件。傳感器的性能直接決定了成像系統的分辨率、靈敏度、動態范圍和速度。本文聚焦光學成像設備與核心器件本身，從圖像傳感器的工作原理出發，...