TDLAS技術具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應等優點，廣泛應用于氣體的痕量探測。利用氣體吸收譜線隨溫度、氣壓等因素變化的特性，該技術可實現對氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數的測量。無干擾、低價、可小型化等是TDLAS技術的主要優點。我們致力于發展高速（微秒級）、高靈敏（ppb級）、可攜帶式的基于可調諧半導體激光器的氣體測量技術方法，拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領域的應用。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。 紅外氣體傳感器是通過測量被測氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來計算濃度的。甘肅半導體QCL激光器

    2002年之后，帶間級聯激光器在美國噴氣推進實驗室（JPL）取得了更加快速的發展，在低閾值電流、高工作溫度以及長波長等方向上都取得了矚目的成果。其中**重要的是2005年，研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器（DFB）可以實現甲烷氣體的檢測。并于2007年交付美國國家航空航天局（NASA）的好奇號進行火星的甲烷探測。2008年，美國海軍實驗室（NRL）經過多年優化和發展，終于實現了里程碑式的***臺室溫連續激射的帶間級聯激光器，連續波**高工作溫度可達319K，激射波長為μm。2011年，美國海軍實驗室在材料設計的基礎上，又進一步提出了“載流子再平衡”的概念，解決了有源區中電子和空穴的數量不均等問題，通過改變電子注入區中的摻雜濃度，平衡有源區中過高的空穴濃度。之后，德國伍茲堡大學在“載流子再平衡”的基礎上，提出了短注入區的設計。2014年，美國海軍實驗室通過增加有源級聯區的周期數及分別限制層的厚度，進一步提高了帶間級聯激光器的器件指標，其室溫連續輸出功率達592mW，輸出特性以及輸出波長如圖3和4所示。這也是目前帶間級聯激光器輸出功率的**高指標，并在2015年成功制作級聯數為10的帶間級聯激光器。 甘肅半導體QCL激光器QCL有著非常重要的用途，高精度痕量氣體傳感、自由空間光通信、定向紅外干擾等。

    相比較與其它激光器，量子級聯激光器的優點如下：1)中遠紅外和太赫茲波段出射；在QCL發明之前，半導體激光器的發射波長主要在可見光和近紅外波段，當我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時，半導體激光器對此則有些無能為力，不同體系激光器激射波長范圍如圖3。QCL的發明，使得半導體激光器也能激射出中遠紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發光范圍[15]2)寬波長范圍；QCL激射波長取決于子帶間能量差，可以通過設計量子阱層厚度來實現波長控制，所以量子級聯激光器的激射波長范圍極寬（約3-250μm），并且可以根據實際需求設計特定波長的激光輸出。3)體積小；QCL相比其它激光器如：一氧化碳激光器（激射波長為4-5μm）和二氧化碳激光器（激射波長為μm），具有體積小、重量輕的特點，其攜帶方便，便于系統化和集成化。4)單極型結構；傳統結構半導體激光器為雙極型，其出光原理依靠的是p-n結中導帶電子和價帶空穴復合所產生的受激輻射，而QCL全程只有電子參與，空穴并未參與輻射發光過程，所以量子級聯激光器為單極型激光器，且其出射的激光具有很好的單向偏振性。5)高的電子利用效率；因為QCL所獨特的級聯結構，電子在參與完子帶間躍遷發光后，并沒有湮滅。

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術利用可調諧半導體激光器的特性，通過調制激光器的波長，使其掃描被測氣體分子的吸收峰，從而實現對氣體分子濃度的測量。該技術通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數量，具有高精度和無接觸的特點。調諧半導體吸收光譜（TDLAS）技術是激光吸收光譜（LAS）技術的一種。根據激光器的不同驅動形式，激光吸收光譜（LAS）技術可以分為：直接吸收法和調制吸收法。這兩種技術各有優缺點：直接吸收法：需要鎖定激光器驅動電流，不需加載2f諧波信號，結構簡單，成本低，但容易受干擾，尤其是低頻干擾，所以靈敏度相對低些。調制吸收法：需要給到激光器鋸齒波驅動電流信號，同時需要加載2f諧波信號到驅動電流上，結構會相對復雜一些，成本要比直接吸收法高一些，但是靈敏度高，能夠避開低頻干擾。其中又進一步分為波長調制類和頻率調制類，波長調制類需要更大的調諧范圍，頻率調制類需要很高的掃描頻率和調制頻率，技術復雜，靈敏度更高。 QCL則將范圍拓展到了中遠紅外波段，使其在氣體檢測、空間通訊等方面得到了越來越多的應用。

    量子級聯激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現。隨著量子級聯激光器技術的日趨成熟，它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優勢，在氣體檢測領域得到了迅速推廣。基于量子級聯激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優點，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優勢，使其成為研究和應用的熱點。量子級聯激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導體耦合量子阱子帶（一般為導帶）間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子（quantum）指的是通過調整有源區量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實現對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯（cascade）的意思是有源區中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯在一起。激光器（Laser）是指產生特定波長的光源。量子級聯激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 QCL激光器的基本結構包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。廣東水QCL激光器批發

分布式反饋激光二極管（DFB-LD）檢測某種氣體，該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。甘肅半導體QCL激光器

    除了氣體檢測外，帶間級聯激光器也可用于***領域中。紅外半導體激光器由于體積小、效率高、易調制、環境適應強等優點在***領域得到了廣泛應用。紅外制導導彈已經從***代紅外尋的制導向第四代3～5μm中紅外波段凝視成像制導發展，該技術**提高了紅外制導導彈的靈敏度和抗干擾能力，使其獲得了更遠的攻擊距離。此外，中紅外波段還可以應用于工業過程控制、臨床呼吸診斷、紅外景象投影、醫學醫療和化學生物威脅探測等領域中；還可以作為光發射機進行通信，實現自由空間內的信息傳輸。目前，可以實現中紅外波段激光器的主要技術手段包括一類（type-Ⅰ）量子阱（QW）銻化鎵（GaSb）基的激光器及其形成的一類級聯量子阱激光器。此外還有目前在長波紅外和太赫茲波段非常熱門的量子級聯激光器。本文重點介紹帶間級聯激光器。 甘肅半導體QCL激光器

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