江苏气体检测QCL激光器

    QCL激光器的基本结构包括FP-QCL（上图）、DFB-QCL（中图）和ECqcL（下图）。增益介质显示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。1.**简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过**大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 可调谐激光器的广波长调谐能力和高精度控制特性，使其在多个领域具有巨大的应用潜力。江苏气体检测QCL激光器

    红外光谱检测方法主要有使用宽带光源的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和非分散红外光谱（NDIR）技术，以及红外激光光谱技术。与使用宽带光源的FTIR和NDIR相比，红外激光光谱由于采用高单色性的红外激光作为光源，具有更高的光谱分辨率，不需要使用额外的分光部件，易于实现仪器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便实现长光程检测。红外激光光谱学依据波段分为近红外光谱和中红外光谱。近红外波段工作在－μm的近红外区，相应于某些分子的“泛频”谱带。分子在这些谱带的吸收系数比中红外的基频吸收要弱得多，一般要低2－3数量级。尽管如此，由III－V族化合物制成的半导体激光由于在通信和电子工业元件方面的广泛应用，其价格相对便宜，质量、性能和输出功率都相当优越，且在接近室温工作，使其在一些浓度较高或对灵敏度要求较低的污染源排放的气体监测中得到了很好的应用，足以达到ppm的检测水平，甚至到达ppb的水平，接近中红外光谱系统检测灵敏度的1－10％。 江苏气体检测QCL激光器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。

    除了气体检测外，带间级联激光器也可用于***领域中。红外半导体激光器由于体积小、效率高、易调制、环境适应强等优点在***领域得到了广泛应用。红外制导导弹已经从***代红外寻的制导向第四代3～5μm中红外波段凝视成像制导发展，该技术**提高了红外制导导弹的灵敏度和抗干扰能力，使其获得了更远的攻击距离。此外，中红外波段还可以应用于工业过程控制、临床呼吸诊断、红外景象投影、医学医疗和化学生物威胁探测等领域中；还可以作为光发射机进行通信，实现自由空间内的信息传输。目前，可以实现中红外波段激光器的主要技术手段包括一类（type-Ⅰ）量子阱（QW）锑化镓（GaSb）基的激光器及其形成的一类级联量子阱激光器。此外还有目前在长波红外和太赫兹波段非常热门的量子级联激光器。本文重点介绍带间级联激光器。

    复杂生态环境温室气体不同空间、时间尺度的浓度监测是了解温室气体源与汇的基础。目前适应生态环境温室气体长期连续监测的技术手段仍有待研究。可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一种非侵入式光谱测量技术,具有高选择、高灵敏度、高分辨等特点,与目前新兴的中红外量子级联激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相结合,可实现分子"基频"吸收光谱测量,进一步提高检测灵敏度,达到温室气体区域环境监测需求。激光气体分析利用激光光谱技术，通过气体对特定波长激光的吸收特性来检测气体浓度。适用于检测具有特定吸收特性的气体，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氧化亚氮和氨气。凭借其高精度、快速响应和非接触式检测的特点，激光气体分析仪在工业过程控制、环境监测、安全与泄漏检测、医疗与生命科学以及科研实验室等多个领域中得到了广泛应用。 QCL相比其它激光器具有体积小、重量轻的特点，其携带方便，便于系统化和集成化。

    传统的半导体激光器，工作原理都是依靠半导体材料中导带的电子和价带中的空穴复合而激发光子，其激射波长由半导体材料的禁带宽度所决定,由于受禁带宽度的限制，使得半导体激光器难以发出中远红外以及太赫兹波段的激光。自然界不多的对应能出射中远红外的半导体材料-铅盐系材料，其只能在低温下工作(低于77K)，且输出功率极低，为微瓦级别。为了使半导体激光器也能激射中远红外以及太赫兹波段的光，科研人员跳出了基于半导体材料p-n结发光的理论，提出了量子级联激光器的构想。量子级联激光器的工作原理为电子在半导体材料导带的子带间跃迁和声子共振辅助隧穿从而产生光放大，其出射波长由导带的子带间的能量差所决定，和半导体材料的禁带宽度无关，因此可以通过设计量子阱层的厚度来实现波长的控制。如图1.(A)传统半导体激光器其发光原理(B)QCL发光原理。 TDLAS能实现"原位、连续、实时测量"，环境适应力强，易于设备的小型化。江苏气体检测QCL激光器

基于 TDLAS 技术的无创检测方法，且效果明显。江苏气体检测QCL激光器

    量子级联激光器（QuantumCascadeLaser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势，在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势，使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半导体耦合量子阱子带（一般为导带）间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子（quantum）指的是通过调整有源区量子阱的厚度可以改变子带的能级间距，实现对波长的“裁剪”，另外也指器件的尺寸较小。级联（cascade）的意思是有源区中上一组成部分的输出是下一部分的输入，一级接一级串联在一起。激光器（Laser）是指产生特定波长的光源。量子级联激光器的波长可以覆盖在、通信、气体检测等领域极具应用价值的中远红外波段。 江苏气体检测QCL激光器

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