中紅外溫室氣體激光器在環境監測和氣候變化研究中正發揮著越來越關鍵的作用，隨著全球對溫室氣體減排的日益重視，市場對高效、精確的氣體檢測設備的需求也在不斷攀升。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術優勢，已經成為這一領域不可或缺的重要工具。首先，這種激光器能夠精確檢測諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體，其高靈敏度和選擇性使其在環境監測、工業排放評估以及城市空氣質量檢測等方面發揮著至關重要的作用。各國和企業逐步加強對溫室氣體排放的監管，推動了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應用，比如在城市的空氣質量監測中，這些激光器可以實時提供數據，使得相關部門能夠及時采取措施，改善空氣質量，保護民眾的健康。其次，技術的不斷進步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來，激光技術的創新使得這些設備在體積、功耗和成本方面得到了改善。例如，采用新型材料和工藝，使得激光器的體積更加小巧，便于攜帶和部署，同時降低了生產和維護成本。這一趨勢不僅降低了使用門檻，也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應用場景中發揮作用，滿足市場對靈活性和便攜性的需求，甚至可以應用于野外勘測和移動監測等場合。 中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強，易于維護等優勢。江蘇CO2QCL激光器公司
紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和非分散紅外光譜（NDIR）技術，以及紅外激光光譜技術。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比，紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源，具有更高的光譜分辨率，不需要使用額外的分光部件，易于實現儀器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便實現長光程檢測。紅外激光光譜學依據波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在－μm的近紅外區，相應于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數比中紅外的基頻吸收要弱得多，一般要低2－3數量級。盡管如此，由III－V族化合物制成的半導體激光由于在通信和電子工業元件方面的廣泛應用，其價格相對便宜，質量、性能和輸出功率都相當優越，且在接近室溫工作，使其在一些濃度較高或對靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監測中得到了很好的應用，足以達到ppm的檢測水平，甚至到達ppb的水平，接近中紅外光譜系統檢測靈敏度的1－10％。 四川二氧化碳QCL激光器哪家好TDLAS技術有高效、選擇高、響應快、適應性強等優點，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數的重要手段。
傳統的半導體激光器，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結發光的理論，提出了量子級聯激光器的構想。量子級聯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，因此可以通過設計量子阱層的厚度來實現波長的控制。如圖1.(A)傳統半導體激光器其發光原理(B)QCL發光原理。
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。 QCL會被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測。QCL被認為是中遠紅外范圍內氣體檢測的優勢光源。
帶間級聯激光器（ICL）是實現3～5μm波段中紅外激光器的重要前沿，其在半導體光電器件技術、氣體檢測、醫學醫療以及自由空間光通信等領域具有重要科學意義和應用價值。近年來，半導體帶間級聯激光器的量子阱能帶理論設計方法和激光器制備**技術得到迅速提升。帶間級聯激光器是一種以族體系為主，通過量子工程的能帶設計及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結合了傳統的量子阱激光器較長的上能級載流子復合壽命，以及量子級聯激光器（QCL）通過級聯結構實現較高內量子效率的優點，在中紅外波段具有較大的優勢。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的中心吸收截面高幾個數量級。因此，為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限，利用中紅外的可調諧半導體激光器吸收光譜技術（TDLAS）可以實現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。 光譜技術在氣體檢測領域有著廣泛的應用，其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術。四川二氧化碳QCL激光器哪家好
在工業污染分析中，QCL的快速響應和高靈敏度使其能夠實時監測煙塵顆粒的組成和濃度。江蘇CO2QCL激光器公司
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，現在已經發展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監測技術。具有高靈敏度、實時、動態、多組分同時測量的優點。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、垂直腔表面發射（Vertical-cavitysurface-emitting）激光器和外腔調諧半導體激光器。 江蘇CO2QCL激光器公司
