TDLAS技術具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應等優(yōu)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(xiàn)對氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數(shù)的測量。無干擾、低價、可小型化等是TDLAS技術的主要優(yōu)點。我們致力于發(fā)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(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。 在環(huán)境監(jiān)控,醫(yī)學應用等痕量氣體檢測中,要求QCL單縱模,寬調諧,高功率,低閾值,高光束質量的工作.云南定制QCL激光器工廠

    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(chǎn)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。 云南定制QCL激光器工廠DFB激光器同時提供對波長的平滑、可調諧控制以及精確光纖通信和光譜應用所需的極窄光譜寬度。

    中遠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（電化學檢測、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、原子光譜線中精細結構，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的光束質量好，其出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。

    QCL激光器的基本結構包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質顯示為灰色，波長選擇機制為藍色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.**簡單的結構是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結構中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過**大范圍的溫度調諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調諧（通過緩慢的溫度調諧獲得10~20cm-1的調諧范圍，或者通過快速注進電流加熱調諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來，形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結構使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。 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；

    當紅外輻射的能量與氣體分子振動躍遷所需的能量相匹配時，氣體分子會吸收特定波長的紅外光，導致透過光的強度減弱，從而形成特征吸收峰。輻射光子的能量與分子振動躍遷的能量差相等。l分子振動伴隨偶極矩的變化（紅外活性）。分子在紅外光譜中表現(xiàn)出基頻、倍頻和組合頻吸收峰。l每種氣體分子具有獨特的紅外吸收譜帶，這種特征吸收峰可以用來識別氣體種類。絕大多數(shù)氣態(tài)化學物質在中紅外光譜區(qū)（≈2-25m）都顯示出基本的振動吸收帶，這些基本帶對光的吸收提供了一種幾乎通用的檢測手段。光學技術的主要特征是對痕量氣體的非侵入式原位檢測能力。目前中紅外激光在定量痕量氣體檢測中的應用必將代替近紅外成為下一代高精度的選擇。進入21世紀全球環(huán)境問題日益突出，各國都在在努力減少溫室氣體排放。二氧化碳（CO2）通常被稱為溫室氣體，但其他使全球環(huán)境惡化的氣體還包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在氣體泄漏檢測和性氣體的集中監(jiān)控是預防災難中激光法可以采取有效報警措施從而可以避免風險于災難之前。激光吸收光譜法是檢測微量氣體的方法之一。它使用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。 DFB激光器由于具有良好的單色性，窄線寬特性和頻率調諧特性。云南定制QCL激光器工廠

中紅外QCL用于燃氣管網(wǎng)巡檢中，解決巡檢效率低、氣體檢測準確度低、受環(huán)境影響大、智能化程度低等問題。云南定制QCL激光器工廠

    作為半導體激光技術發(fā)展的里程碑，量子級聯(lián)激光器（QCL）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，為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源，因此QCL日益受到關注。尤其是近10年，越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用，使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成，利用量子限制效應，通過調節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調節(jié)波長；其次是級聯(lián)含義，它的有源區(qū)由多級耦合量子阱串接組成，可實現(xiàn)單電子注入的倍增光子輸出，可望獲得大功率，而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發(fā)射光子，這是普通激光器不具備的一個性能。 云南定制QCL激光器工廠

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