帶間級聯(lián)激光器（ICL）是實現(xiàn)3～5μm波段中紅外激光器的重要前沿，其在半導(dǎo)體光電器件技術(shù)、氣體檢測、醫(yī)學(xué)醫(yī)療以及自由空間光通信等領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。近年來，半導(dǎo)體帶間級聯(lián)激光器的量子阱能帶理論設(shè)計方法和激光器制備**技術(shù)得到迅速提升。帶間級聯(lián)激光器是一種以族體系為主，通過量子工程的能帶設(shè)計及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結(jié)合了傳統(tǒng)的量子阱激光器較長的上能級載流子復(fù)合壽命，以及量子級聯(lián)激光器（QCL）通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較高內(nèi)量子效率的優(yōu)點，在中紅外波段具有較大的優(yōu)勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰，對于氣體分子而言，在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區(qū)的中心吸收截面高幾個數(shù)量級。因此，為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限，利用中紅外的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)（TDLAS）可以實現(xiàn)對特殊或有毒氣體的檢測。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示，諸如礦井氣體甲烷（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，氯化氫（HCl）分子吸收峰位于3395nm，溴化氫（HBr）分子吸收峰位于4020nm。 QCL的光束質(zhì)量好，可以利用光的反射來設(shè)計光學(xué)長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，提高系統(tǒng)的靈敏度。浙江甲烷QCL激光器型號

    在環(huán)境污染分子的監(jiān)測分析中，典型的應(yīng)用有、、。近紅外光譜的一個優(yōu)點是壓力加寬不是一個很大的問題，因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點是有許多分子在該譜區(qū)沒有吸收，雖然在測量復(fù)雜混合物時，這也許是一個優(yōu)點。中紅外波段工作在3－13μm的“指紋”區(qū)，是氣體分子基帶吸收。這個波段分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外波段要大幾個量級。如：CH4在，理論檢測下限可達(dá)；CO在，理論檢測可達(dá)。通常分子在這個波段的振動和轉(zhuǎn)動光譜譜線非常豐富密集，典型的光譜線寬約為2×10－3cm－1（~60MHz）。中紅外波段激光光譜技術(shù)目前主要受到激光光源的限制，但近幾年來，隨著紅外激光技術(shù)的發(fā)展和新型中紅外相干光源技術(shù)的發(fā)展，在中紅外波段進(jìn)***體分子的超高靈敏檢測技術(shù)有了長足的進(jìn)步。 浙江甲烷QCL激光器型號TDLAS技術(shù)采用的半導(dǎo)體激光光源的光譜，寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，得到單線吸收光譜。

    中遠(yuǎn)紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段，很多氣體的特征吸收峰都在這個波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，還有一些人體疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段，如圖4。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測系統(tǒng)，具有體積小、檢測速度快、精確度高等特點，可以廣泛的應(yīng)用在環(huán)境檢測、痕量氣體檢測、醫(yī)療診斷等方面，基于QCL的氣體檢測系統(tǒng)是QCL重要的應(yīng)用之一，如氣體檢測系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測技術(shù)（電化學(xué)檢測、氣相色譜分析、紅外LED），量子級聯(lián)激光器在氣體檢測的優(yōu)勢如下：1、量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測方法，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過調(diào)諧QCL的波長，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質(zhì)量好，其出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來設(shè)計光學(xué)長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進(jìn)而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。

    波長覆蓋范圍寬量子級聯(lián)激光器從波長設(shè)計原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同，常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度，而QCL的激射波長是由導(dǎo)帶中子帶間的能級間距決定的，可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級間距，從而改變QCL的激射波長。從理論上講，QCL可以覆蓋中遠(yuǎn)紅外到THz波段。[2]單個激光器激射波長連續(xù)可調(diào)諧對于各種氣體的檢測，需要激光器的波長精確平滑地從一個波長調(diào)諧到另一個波長。對于特定氣體的檢測，波長更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線，也稱為分子“指紋”。另外，通過波長調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線，可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。單個激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進(jìn)行調(diào)諧，已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度，得到波長9μm激光器中心頻率，約為10cm-1。而使用外置光柵，可以得到更寬的波長調(diào)諧范圍。 QCL由二次諧波從而對污染氣體進(jìn)行定性或者定量分析，具有高分辨率、高靈敏度以及響應(yīng)時間快等特點。

    隨著經(jīng)濟(jì)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(yán)重，無論是酸雨等氣候災(zāi)害、亦或是全球氣候變暖、還是霧霾現(xiàn)象頻發(fā)，都嚴(yán)重的影響著人們的生存環(huán)境。各國科學(xué)家對環(huán)境監(jiān)控都十分重視。2008年，正值北京奧運(yùn)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(jìn)行了空氣質(zhì)量評估。“HIPPO”項目（由美國國家科學(xué)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(guān)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(chǎn)過程中，通過檢測產(chǎn)生的相應(yīng)氣體的濃度可以進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)控，也可以監(jiān)控泄露危險氣體的濃度，以保障生產(chǎn)安全，已有技術(shù)采用μmQCL對工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO氣體進(jìn)行實時檢測，并使用μm的脈沖QCL對物產(chǎn)生的氣體進(jìn)行光學(xué)檢測。醫(yī)學(xué)應(yīng)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(jìn)行準(zhǔn)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。 量子級聯(lián)激光器是一種新型半導(dǎo)體激光器，體積小、壽命長等特點，其工作原理卻和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器截然不同。湖南CH4QCL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。浙江甲烷QCL激光器型號

    在工業(yè)檢測方面，量子級聯(lián)激光器以其小型化和集成化的設(shè)計，完美適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)的需求。它能夠以更低的能耗和更小的體積完成復(fù)雜的檢測任務(wù)。這對于降低企業(yè)的運(yùn)營成本，提高生產(chǎn)效率，具有重要的推動作用。許多企業(yè)通過引入量子級聯(lián)激光器技術(shù)，成功減少了設(shè)備占用空間，并提升了生產(chǎn)線的自動化程度。綜合來看，量子級聯(lián)激光器憑借其高效、靈活和經(jīng)濟(jì)的特性，正逐步改變各行各業(yè)的技術(shù)格局。無論是在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療成像還是工業(yè)檢測領(lǐng)域，量子級聯(lián)激光器都為客戶提供了切實可行的解決方案，幫助企業(yè)提高效率、降低成本，從而在競爭激烈的市場環(huán)境中脫穎而出。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，量子級聯(lián)激光器的未來將更加光明，值得行業(yè)內(nèi)外的共同關(guān)注。 浙江甲烷QCL激光器型號

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