中红外光子集成芯片在环保监测、医疗诊断和国防安全等领域具有广泛的应用前景，但激光光源与无源波导光路的片上集成仍是中红外集成光学需要攻克的关键难题之一。

    量子级联激光器（QCL）是中红外波段的重要半导体激光光源。工作在中红外波段的半导体激光器结构主要有量子级联激光器（QCL）和带间级联激光器（ICL）两种。在室温下，ICL目前主要工作在3~6μm的波长范围，而QCL在中红外谱区能覆盖3~20μm的波长范围，ICL可以在较低电流阈值下实现激射，而QCL可以输出较高的光功率。另外，中红外波段的QCL主要生长在InP衬底(HMDS烘箱)上。

   近期，中山大学电子与信息工程学院王瑞军副教授课题组在《红外与激光工程》期刊上发表了以“中红外量子级联激光器的光子集成”为主题的综述文章。王瑞军副教授主要从事光电集成器件与芯片和半导体激光器方面的研究工作。

    这项研究介绍了近几年中红外QCL在光子集成方面的研究进展，包括InP基单片(HMDS烘箱)集成、硅基单片集成、硅基异质键合集成和III-V/锗混合外腔激光器。

    中红外光电器件在传感与成像等领域具有重要且广泛的应用，目前相关的光学系统往往由分立的器件组成，将这些体积庞大的光学系统集成到一块芯片上是光子集成研究的长期目标。国内外许多研究团队报道了中红外片上传感和片上成像方面的研究成果，但是这些研究基本都通过将外置光源的输出耦合进入芯片来实现片上功能，激光光源实际上并没有在片上集成，实现激光器的光子集成是实现真正的片上传感和片上成像的重要一步。另外一方面，光子集成平台可以提供低损耗的光波导、宽调谐的滤波器、高品质因子的微环谐振器，将III-V族半导体激光器与这些元件集成到一起可以实现传统中红外半导体激光平台难以实现的宽调谐、窄线宽等先进功能。

    目前片上集成的QCL在性能方面与传统III-V衬底上的器件还有较大差距，这一方面是因为异质集成增加了器件的工艺难度，同时QCL与无源波导之间的较差的耦合效率也使得器件的性能不如预期，此外片上集成也增加了QCL器件的散热难度。在后续的研究中，需要优化QCL与无源波导的耦合结构，研究实现QCL高效片上散热的方法，探索硅上外延生长的新途径，实现QCL与光子芯片的晶圆集成，使集成的中红外光子传感器成为现实。