波长覆盖范围宽量子级联激光器从波长设计原理上与常规半导体激光器不同,常规半导体激光器的激射波长受限于材料自身的禁带宽度,而QCL的激射波长是由导带中子带间的能级间距决定的,可以通过调节量子阱/垒层的厚度改变子带间的能级间距,从而改变QCL的激射波长。从理论上讲,QCL可以覆盖中远红外到THz波段。[2]单个激光器激射波长连续可调谐对于各种气体的检测,需要激光器的波长精确平滑地从一个波长调谐到另一个波长。对于特定气体的检测,波长更需要精确的调节以匹配其吸收线,也称为分子“指纹”。另外,通过波长调节以匹配气体的第二条吸收线,可以用来作为条吸收线是否正确的判断标准。单个激光器的激射波长可以通过改变温度和工作电流进行调谐,已有技术通过改变激光器的工作温度,得到波长9μm激光器中心频率,约为10cm-1。而使用外置光栅,可以得到更宽的波长调谐范围。 量子级联激光器是一种新型半导体激光器,体积小、寿命长等特点,其工作原理却和传统半导体激光器截然不同。天津新型QCL激光器公司

作为半导体激光技术发展的里程碑,量子级联激光器(QCL)使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能,为气体分析等中红外应用提供了新型光源,因此QCL日益受到关注。尤其是近10年,越来越多的科研人员开始研究QCL在气体检测方面的应用,使得它的优势和潜力被更多的认识和挖掘。中远红外量子级联激光器(QCL)众所周知,QCL属于新一代半导体激光器,它的特性不同于传统半导体激光器。用中科院半导体所刘峰奇研究员的“两层含义”解释,应该更加形象。首先是量子含义,是指激光器由纳米级厚度的半导体异质结超薄层构成,利用量子限制效应,通过调节每层材料的厚度和子带间距,从而调节波长;其次是级联含义,它的有源区由多级耦合量子阱串接组成,可实现单电子注入的倍增光子输出,可望获得大功率,而普通的半导体激光器是利用电子空穴对的复合发射光子,这是普通激光器不具备的一个性能。 江西一氧化氮QCL激光器封装在光化学和生物学领域,可调谐激光器可以用于研究分子结构和生物过程;

带间级联激光器(ICL)是实现3~5μm波段中红外激光器的重要前沿,其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。近年来,半导体带间级联激光器的量子阱能带理论设计方法和激光器制备**技术得到迅速提升。带间级联激光器是一种以Å族体系为主,通过量子工程的能带设计及其材料外延、工艺制作而成的可以工作于中红外波段的激光器。由于结合了传统的量子阱激光器较长的上能级载流子复合寿命,以及量子级联激光器(QCL)通过级联结构实现较高内量子效率的优点,在中红外波段具有较大的优势。研究背景中红外波段包含了许多气体分子的吸收峰,对于气体分子而言,在中红外波段的中心吸收截面一般比其在近红外区的中心吸收截面高几个数量级。因此,为了获得更高的灵敏度和更低的检测限,利用中红外的可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)可以实现对特殊或有毒气体的检测。常见的位于中红外波段的气体分子如图1所示,诸如矿井气体甲烷(CH4)分子吸收峰位于3260nm,一氧化碳(CO)分子吸收峰位于4610nm,二氧化碳(CO2)分子吸收峰位于4230nm,氯化氢(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氢(HBr)分子吸收峰位于4020nm。
在工业检测方面,量子级联激光器以其小型化和集成化的设计,完美适应了现代工业的需求。它能够以更低的能耗和更小的体积完成复杂的检测任务。这对于降低企业的运营成本,提高生产效率,具有重要的推动作用。许多企业通过引入量子级联激光器技术,成功减少了设备占用空间,并提升了生产线的自动化程度。综合来看,量子级联激光器凭借其高效、灵活和经济的特性,正逐步改变各行各业的技术格局。无论是在环境监测、医疗成像还是工业检测领域,量子级联激光器都为客户提供了切实可行的解决方案,帮助企业提高效率、降低成本,从而在竞争激烈的市场环境中脱颖而出。随着技术的不断进步和应用范围的扩大,量子级联激光器的未来将更加光明,值得行业内外的共同关注。 DFB激光器能避免其他背景气体的交叉干扰,使检测系统具有较好的测量精度。

中远红外波段包含了两个重要的大气窗口3-5μm和8-13μm波段,很多气体的特征吸收峰都在这个波段,如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等,还有一些人体疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征气体的吸收谱线也处于此波段,如图4。不同气体的特征吸收峰基于QCL的检测系统,具有体积小、检测速度快、精确度高等特点,可以广泛的应用在环境检测、痕量气体检测、医疗诊断等方面,基于QCL的气体检测系统是QCL重要的应用之一,如气体检测系统如图5。相比于传统的气体检测技术(电化学检测、气相色谱分析、红外LED),量子级联激光器在气体检测的优势如下:1、量子级联激光器具有很窄的光谱线宽,可以获得气体分子、原子光谱线中精细结构,因此基于量子级联激光器的气体检测系统分辨率要远高于其他光谱检测方法,而且系统中不需要分光器件,可以通过调谐QCL的波长,就可在光电探测器中直接得到其吸收光谱。2、QCL的光束质量好,其出射光的发散角小,可以利用光的反射来设计光学长程池从而增加系统的吸收光程,进而就可以提高系统的灵敏度,这对于低浓度的气体检测十分有效。 光谱技术在气体检测领域有着广泛的应用,其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三种主要技术。天津新型QCL激光器公司
DFB激光器由于具有良好的单色性,窄线宽特性和频率调谐特性。天津新型QCL激光器公司
可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条**的气体吸收线。为了实现比较高的选择性,分析一般在低压下进行,这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的,现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。可调谐半导体激光器,目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面发射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器。 天津新型QCL激光器公司
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