I 1-5 THz laserfrekvensområdet er THz QCL den mest effektive elektrisk pumpede halvleder THz-strålingskilde med fordelene ved kompakt struktur, nem integration, høj udgangseffekt og høj konverteringseffektivitet. Realisering af single-mode kvantekaskadelasere med høj effekt og høj strålekvalitet er et af de ultimative mål for optoelektronik og laserfysik. Traditionelle kvantekaskadelasere med høj effekt vil dog uundgåeligt have multi-mode resonans, efterhånden som enhedens størrelse øges, hvilket resulterer i problemer såsom dårlig strålekvalitet og reduceret laserlysstyrke. Derfor er det afgørende at udvikle en designidé og teknisk løsning til at forbedre udgangseffekten og strålekvaliteten af elektrisk pumpede kvantekaskadelasere.
For nylig har forskergruppen af Quanyong Lu fra Beijing Institute of Quantum Information Science (i det følgende benævnt QIIS) og teamet af Fengqi Liu fra Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, gjort nye fremskridt inden for forskning og udvikling af høj- lysstyrke elektrisk pumpede terahertz kvantekaskadelasere. Forskerholdet introducerede innovativt designet af overflademetalfase-konstrueret fotonisk krystal (SM-PEPC) hulrum ved at bruge den kontrollerbare hermitiske og ikke-hermitiske kobling mellem PEPC-hulrum og det aktive område for at undertrykke oscillationen af højordenstilstande og fint kontrolleret tab af hulrumstilstand og båndkanttilstand ved at justere faseforholdet og formforholdet mellem PC-gitterprimitiver. Når enhedens størrelse er kraftigt forøget (~1,6 mm×1,6 mm), kan enkelttilstand og enkelt THz-punktoutput stadig opnås, hvilket gør THz-laseroutput med høj lysstyrke muligt.
Den nye terahertz kvantekaskade-overfladeemitterende laser har en single-mode udgangseffekt på mere end 185 mW i 3,88 THz-båndet og en stråledivergensvinkel på kun 4,4 grader × 4,4 grader. Uden brug af optiske linser når M2-faktorerne for strålerne i lodret og lateral retning begge en nær-diffraktionsgrænse på 1,4, og lysstyrken (proportionalt med udgangseffekten og strålekvaliteten) når 1,6×107 W sr{{15 }}m-2, hvilket er flere gange højere end den nuværende almindelige linsekorrigerede DFB-THz QCL.
Det fasetekniske design af denne gitterenhed kan opnå stabil overfladeemission med høj lysstyrke på store enheder, hvilket gør den til en ideel lysekstraktor til THz QCL'er med stort område. Denne forskning baner vejen for realiseringen af terahertz-lasere med høj lysstyrke. Det menes, at denne nye type højtydende terahertz kvantekaskadelaser i den nærmeste fremtid forventes at udvikle nye applikationer inden for lægemiddeltestning, industriteknik, rumobservation osv.