激光器的發(fā)展里程碑如下:1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器,1962年發(fā)明的雙極型半導體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器(QCL)是激光領域的三個重大變革性里程碑。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同,它打破了傳統(tǒng)p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制,其發(fā)光波長由半導體能隙來決定,填補了半導體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與,其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態(tài)之間產生粒子數(shù)反轉,從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出,并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程,電子從高能級跳躍到低能級過程中,不但沒有損失,還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來,從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此,量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次變革和里程碑。 QCL激光器的基本結構包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。陜西HerriotQCL激光器
氣體分析儀主要利用激光光譜技術,通過氣體對特定波長的激光吸收特性來檢測氣體濃度。1.激光吸收光譜原理激光吸收光譜法基于不同氣體分子對特定波長的激光具有不同的吸收特性。當激光光束穿過氣體樣品時,特定氣體分子會吸收與其吸收光譜相匹配的激光波長。通過測量吸收后的激光強度變化,可以確定氣體的濃度。2.調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下:激光光源:使用調諧半導體激光器作為光源,能夠在特定的窄波段范圍內快速調諧激光波長,精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸收過程:激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰,部分激光能量被吸收,導致光強度減弱。探測器測量:激光通過氣體后,剩余的激光光強被探測器接收。探測器將光信號轉換為電信號,測量激光強度的衰減。信號處理與濃度計算:分析儀通過計算吸收光譜的強度和形狀,使用朗伯-比爾定律(Beer-LambertLaw)來推導出氣體的濃度。TDLAS技術的高分辨率和高靈敏度使其能夠準確檢測低濃度的氣體。3.光聲光譜(PAS)光聲光譜(PhotoacousticSpectroscopy。 海南半導體QCL激光器型號提供從QCL光源、MCT探測器等模塊組件,再到激光氣體分析系統(tǒng)的全套解決方案。
量子級聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級聯(lián)激光器的發(fā)明使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現(xiàn)成為可能。一般而言,量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)包括量子級聯(lián)激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯(lián)激光器從結構上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F(xiàn)-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯(lián)激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優(yōu)勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環(huán)境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)。隨著技術的進步,目前量子級聯(lián)激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續(xù)工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC激光器裝進一個氣密性封裝內,比較大限度的保護了激光器的性能和壽命。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人類對于大自然的干擾和對環(huán)境的破壞愈發(fā)嚴重,無論是酸雨等氣候災害、亦或是全球氣候變暖、還是霧霾現(xiàn)象頻發(fā),都嚴重的影響著人們的生存環(huán)境。各國科學家對環(huán)境監(jiān)控都十分重視。2008年,正值北京奧運會舉辦之際,美國普林斯頓科研小組利用量子級聯(lián)激光器搭建了開路式氣體檢測系統(tǒng),對北京進行了空氣質量評估。“HIPPO”項目(由美國國家科學基金會(NSF)和美國國家海洋和大氣局(NOAA)支持)和“CalNEX”項目(由美國加州空氣資源局(CARB)和NOAA支持)正在開展溫室氣體的相關研究工作。[2]工業(yè)監(jiān)控在石油化工、金屬冶煉、礦山開采等行業(yè)生產過程中,通過檢測產生的相應氣體的濃度可以進行進程監(jiān)控,也可以監(jiān)控泄露危險氣體的濃度,以保障生產安全,已有技術采用μmQCL對工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產生的NO氣體進行實時檢測,并使用μm的脈沖QCL對物產生的氣體進行光學檢測。醫(yī)學應用有的疾病會造成人類呼出氣體成分的異常升高,通過對呼出氣體的種類和濃度進行準確的分析,可以對臨床診斷和提供有價值的參考,而且不必因為使用CT等儀器而引入過多的輻射。例如,患有糖尿病、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會出現(xiàn)異常。 在信息處理和通信領域,可調諧激光器可以用于構建高效的光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡;
可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現(xiàn)比較高的選擇性,分析一般在低壓下進行,這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監(jiān)測技術。具有高靈敏度、實時、動態(tài)、多組分同時測量的優(yōu)點。由于半導體激光器的高單色性,可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線進行測量,避免了不同分子光譜的交叉干擾,從而準確的鑒別出待測氣體。可調諧紅外激光光譜技術獨特的優(yōu)勢以及在許多領域有著潛在的重要應用價值,是近年來非常熱門的研究領域之一。可調諧半導體激光器,目前常用于TDLAS技術的可調諧半導體激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反饋式(DistributedFeedback)半導體激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面發(fā)射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔調諧半導體激光器。 基于光譜學原理的氣體檢測技術,有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點,是監(jiān)測技術的主流研究方向。上海二氧化碳QCL激光器型號
QCL相比其它激光器具有體積小、重量輕的特點,其攜帶方便,便于系統(tǒng)化和集成化。陜西HerriotQCL激光器
激光器的發(fā)展里程碑如下:1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器,1962年發(fā)明的雙極型半導體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器(QCL)是激光領域的三個重大性里程碑。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同,它打破了傳統(tǒng)p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制,其發(fā)光波長由半導體能隙來決定,填補了半導體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與,其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態(tài)之間產生粒子數(shù)反轉,從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出,并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程,電子從高能級跳躍到低能級過程中,不但沒有損失,還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來,從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此,量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次和里程碑。 陜西HerriotQCL激光器
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