海南N2OQCL激光器封装

    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。 QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。海南N2OQCL激光器封装

    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。 河北CH4QCL激光器价格可调谐半导体激光器调制光谱技术和二氧化碳检测技术可以测得二氧化碳气体浓度值。

    相比较与其它激光器，量子级联激光器的优点如下：1)中远红外和太赫兹波段出射；在QCL发明之前，半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段，当我们需要使用中远红外和太赫兹波段的激光时，半导体激光器对此则有些无能为力，不同体系激光器激射波长范围如图3。QCL的发明，使得半导体激光器也能激射出中远红外和太赫兹波段的激光。如图3.不同激光器发光范围[15]2)宽波长范围；QCL激射波长取决于子带间能量差，可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制，所以量子级联激光器的激射波长范围极宽（约3-250μm），并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出。3)体积小；QCL相比其它激光器如：一氧化碳激光器（激射波长为4-5μm）和二氧化碳激光器（激射波长为μm），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。4)单极型结构；传统结构半导体激光器为双极型，其出光原理依靠的是p-n结中导带电子和价带空穴复合所产生的受激辐射，而QCL全程只有电子参与，空穴并未参与辐射发光过程，所以量子级联激光器为单极型激光器，且其出射的激光具有很好的单向偏振性。5)高的电子利用效率；因为QCL所独特的级联结构，电子在参与完子带间跃迁发光后，并没有湮灭。

    2002年之后，带间级联激光器在美国喷气推进实验室（JPL）取得了更加快速的发展，在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年，研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器（DFB）可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局（NASA）的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年，美国海军实验室（NRL）经过多年优化和发展，终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器，连续波**高工作温度可达319K，激射波长为μm。2011年，美国海军实验室在材料设计的基础上，又进一步提出了“载流子再平衡”的概念，解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题，通过改变电子注入区中的掺杂浓度，平衡有源区中过高的空穴浓度。之后，德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上，提出了短注入区的设计。2014年，美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度，进一步提高了带间级联激光器的器件指标，其室温连续输出功率达592mW，输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标，并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 基于光谱学原理的气体检测技术，有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点，是监测技术的主流研究方向。

    量子级联激光器是基于多个量子阱异质结中掩埋次能级跃迁的单极半导体注入激光器，它们是通过能带工程并通过分子束外延生长方法得到的。QCL激光器的输出波长依赖于量子阱和作用区掩埋层的厚度而不是激光材料的能级。由于QCL输出波长不受带隙宽度的限制，因而能够被制成在中红外波长区较宽范围里输出。QCL的输出波长区可以从µm到60µm，激光输出功率可以达到几个mW。QCL在脉冲工作方式下可以工作在室温下，并且已经被用于痕量气体的光谱检测，但由于脉冲激光固有特点使其线宽相对较宽。虽然单模连续输出DFB－QCL已早有报道，但到目前为止，还没有痕量气体检测的报道。鉴于目前中红外光谱区传统激光技术存在的需要低温制冷等限制，利用技术成熟的近红外激光光源的参量频率转换实现室温下连续波中红外相干光源输出是一个有效的补充。在中红外光谱相干光输出的参量过程主要有光参量振荡（OPO）和差频变换（DFG）。 TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱。湖南氨QCL激光器加工

基于 TDLAS 技术的无创检测方法，且效果明显。海南N2OQCL激光器封装

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技术利用可调谐半导体激光器的特性，通过调制激光器的波长，使其扫描被测气体分子的吸收峰，从而实现对气体分子浓度的测量。该技术通过红外吸收来测量激光通过被测气体时被吸收的数量，具有高精度和无接触的特点。调谐半导体吸收光谱（TDLAS）技术是激光吸收光谱（LAS）技术的一种。根据激光器的不同驱动形式，激光吸收光谱（LAS）技术可以分为：直接吸收法和调制吸收法。这两种技术各有优缺点：直接吸收法：需要锁定激光器驱动电流，不需加载2f谐波信号，结构简单，成本低，但容易受干扰，尤其是低频干扰，所以灵敏度相对低些。调制吸收法：需要给到激光器锯齿波驱动电流信号，同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上，结构会相对复杂一些，成本要比直接吸收法高一些，但是灵敏度高，能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类，波长调制类需要更大的调谐范围，频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率，技术复杂，灵敏度更高。 海南N2OQCL激光器封装