V frekvenčním rozsahu laseru 1-5 THz je THz QCL nejúčinnějším elektricky čerpaným polovodičovým zdrojem THz záření s výhodami kompaktní konstrukce, snadné integrace, vysokého výstupního výkonu a vysoké účinnosti konverze. Realizace jednovidových kvantových kaskádových laserů s vysokým výkonem a vysokou kvalitou paprsku je jedním z hlavních cílů optoelektroniky a laserové fyziky. Tradiční vysoce výkonné kvantové kaskádové lasery však budou mít nevyhnutelně multimódovou rezonanci, jak se zvětší velikost zařízení, což má za následek problémy, jako je špatná kvalita paprsku a snížená jasnost laseru. Proto je klíčové vyvinout konstrukční nápad a technické řešení pro zlepšení výstupního výkonu a kvality paprsku elektricky čerpaných kvantových kaskádových laserů.
Výzkumná skupina Quanyong Lu z Pekingského institutu kvantové informační vědy (dále jen QIIS) a tým Fengqi Liu z Institutu polovodičů Čínské akademie věd dosáhly v poslední době nového pokroku ve výzkumu a vývoji vysoko- jas elektricky čerpaných terahertzových kvantových kaskádových laserů. Výzkumný tým inovativně představil design dutiny povrchově upraveného fotonického krystalu (SM-PEPC) pomocí řiditelného hermitovského a nehermitovského spojení mezi dutinou PEPC a aktivní oblastí k potlačení oscilace režimů vysokého řádu a jemně řídil ztráta režimu dutiny a režimu okraje pásma úpravou vztahu fáze a vztahu tvaru mezi primitivy PC mřížky. Když se velikost zařízení výrazně zvětší (~1,6 mm × 1,6 mm), lze stále dosáhnout jednorežimového a jediného THz bodového výstupu, což umožňuje THz laserový výstup s vysokým jasem.
Nový terahertzový kvantový kaskádový povrch emitující laser má špičkový výstupní výkon v jednom režimu více než 185 mW v pásmu 3,88 THz a úhel divergence paprsku pouze 4,4 stupně × 4,4 stupně. Bez použití jakýchkoliv optických čoček dosahují faktory M2 paprsků ve vertikálním i bočním směru limitu blízké difrakce 1,4 a jas (úměrný výstupnímu výkonu a kvalitě paprsku) dosahuje 1,6×107 W sr{{15 }}m-2, což je několikrát vyšší hodnota než u běžného běžného objektivu korigovaného DFB-THz QCL.
Návrh fázového inženýrství této mřížkové jednotky může dosáhnout stabilní a vysoce jasné povrchové emise na velkoplošných zařízeních, což z ní činí ideální extraktor světla pro velkoplošné THz QCL. Tento výzkum dláždí cestu k realizaci terahertzových laserů s vysokým jasem. Předpokládá se, že v blízké budoucnosti se očekává, že tento nový typ vysoce výkonného terahertzového kvantového kaskádového laseru vyvine nové aplikace v testování léků, průmyslovém inženýrství, pozorování vesmíru atd.