相比較與其它激光器，量子級聯(lián)激光器的優(yōu)點如下：1)中遠紅外和太赫茲波段出射；在QCL發(fā)明之前，半導體激光器的發(fā)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(fā)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(fā)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(xiàn)波長控制，所以量子級聯(lián)激光器的激射波長范圍極寬（約3-250μm），并且可以根據(jù)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(tǒng)化和集成化。4)單極型結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)半導體激光器為雙極型，其出光原理依靠的是p-n結(jié)中導帶電子和價帶空穴復合所產(chǎn)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(fā)光過程，所以量子級聯(lián)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(lián)結(jié)構(gòu)，電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后，并沒有湮滅。 TDLAS：當激光波長與待測氣體分子的吸收線匹配時，分子會吸收部分能量，透射光強度的變化，計算氣體濃度。貴州二氧化碳QCL激光器工廠

    QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質(zhì)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(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結(jié)構(gòu)中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過**大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注進電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)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(diào)諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)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。 貴州二氧化碳QCL激光器工廠DFB激光器由于具有良好的單色性，窄線寬特性和頻率調(diào)諧特性。

    近年來，激光技術(shù)的快速發(fā)展為各行業(yè)帶來了前所未有的機遇。作為激光領(lǐng)域的一項重大突破，量子級聯(lián)激光驅(qū)動器的問世，將為用戶解決一系列實際問題，推動高科技產(chǎn)品的創(chuàng)新與應用。量子級聯(lián)激光驅(qū)動器是一種新型激光器，能夠在更的波長范圍內(nèi)輸出高效激光，相比傳統(tǒng)激光器，其能量轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小，且具備更強的穩(wěn)定性。這些優(yōu)勢使得量子級聯(lián)激光驅(qū)動器在多個應用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。首先，在通信領(lǐng)域，量子級聯(lián)激光驅(qū)動器能夠有效提升數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性。隨著5G和未來6G網(wǎng)絡的發(fā)展，對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖黾印Ａ孔蛹壜?lián)激光驅(qū)動器的高頻率輸出能力，為光纖通信提供了強有力的支持，幫助運營商實現(xiàn)更低延遲和更高帶寬的網(wǎng)絡服務。其次，在醫(yī)療領(lǐng)域，量子級聯(lián)激光驅(qū)動器的高精度激光輸出使得其在醫(yī)療成像和中具有重要應用潛力。通過高分辨率成像，醫(yī)生能夠更有效地進行疾病的早期診斷，尤其是在檢測和眼科方面，量子級聯(lián)激光驅(qū)動器為患者帶來了更精細的方案，極大提升了效果。

    傳統(tǒng)的半導體激光器，工作原理都是依靠半導體材料中導帶的電子和價帶中的空穴復合而激發(fā)光子，其激射波長由半導體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制，使得半導體激光器難以發(fā)出中遠紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應能出射中遠紅外的半導體材料-鉛鹽系材料，其只能在低溫下工作(低于77K)，且輸出功率極低，為微瓦級別。為了使半導體激光器也能激射中遠紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論，提出了量子級聯(lián)激光器的構(gòu)想。量子級聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導體材料導帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導帶的子帶間的能量差所決定，和半導體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設計量子阱層的厚度來實現(xiàn)波長的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。 QCL由二次諧波從而對污染氣體進行定性或者定量分析，具有高分辨率、高靈敏度以及響應時間快等特點。

    波長覆蓋范圍寬量子級聯(lián)激光器從波長設計原理上與常規(guī)半導體激光器不同，常規(guī)半導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準。單個激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進行調(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。 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。北京一氧化氮QCL激光器批發(fā)

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。貴州二氧化碳QCL激光器工廠

    閾值電流密度較低帶間躍遷和子帶間躍遷示意圖常規(guī)半導體激光器是雙極性器件，導帶中的電子與價帶中的空穴復合生成光子，而量子級聯(lián)激光器是單極性器件，只靠導帶中子帶間電子的躍遷產(chǎn)生光子，如圖4所示，電子躍遷的始態(tài)與終態(tài)的曲線的曲率相同，這樣形成的增益譜很窄而且對稱，是量子級聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個原因。當然，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設計，材料生長以及器件結(jié)構(gòu)有關(guān)。尺寸較小圖5量子級聯(lián)激光器實物圖量子級聯(lián)激光器的尺寸較小，如圖5所示，量子級聯(lián)激光器管芯的長度一般為3mm，隨著激光器性能提高，可以將其封裝在方盒內(nèi)，從而方便地移動和操作。量子級聯(lián)激光器的工作溫度、輸出性能和波長覆蓋范圍在過去的20年取得了迅猛發(fā)展。其中，有兩個里程碑，一個是1997年室溫工作的分布反饋量子級聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功，實現(xiàn)了波長為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作，其中μm的激光器300K時峰值功率為60mW；另一個是2002年實現(xiàn)了波長為μm量子級聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作，器件在292K時輸出功率為17mW，比較高連續(xù)工作溫度為321K。 貴州二氧化碳QCL激光器工廠