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構有關,。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，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,。 在光譜學領域,，可調諧激光器可以用于精確測量物質的光譜特性；江蘇半導體QCL激光器型號

    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(xiàn)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(shù)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(jù)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(yōu)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。 甘肅水QCL激光器基于 TDLAS 技術的無創(chuàng)檢測方法,，且效果明顯,。

    痕量氣體檢測對于很多領域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程監(jiān)測,、燃燒流場診斷,、人體呼吸氣體檢測等等。而紅外光譜為分子的振動躍遷光譜,因此在檢測技術中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關注的主流方法之一,。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR),、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率,、可以實現(xiàn)長光程檢測,、不需要額外分光部件,儀器能夠進一步小型化等等優(yōu)點,。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個波段。相對于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強度比近紅外要大幾個量級,。比如,CH4在3．3um處的吸收強度,是其在1．6um處的163倍,理論檢測下限可達0．9ppb/m。因此,它能夠實現(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測,。在一些濃度較低或對靈敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測中,有很好的應用,。

    在環(huán)境污染分子的監(jiān)測分析中，典型的應用有,、,、。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度比近紅外波段要大幾個量級,。如：CH4在，理論檢測下限可達,；CO在,，理論檢測可達。通常分子在這個波段的振動和轉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,，隨著紅外激光技術的發(fā)展和新型中紅外相干光源技術的發(fā)展,，在中紅外波段進***體分子的超高靈敏檢測技術有了長足的進步。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域,。因此用中紅外激光器探測甲烷氣體非常有益,。

    除了氣體檢測外，帶間級聯(lián)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(huán)境適應強等優(yōu)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(fā)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(yè)過程控制、臨床呼吸診斷,、紅外景象投影,、醫(yī)學醫(yī)療和化學生物威脅探測等領域中；還可以作為光發(fā)射機進行通信,，實現(xiàn)自由空間內的信息傳輸,。目前，可以實現(xiàn)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(lián)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(lián)激光器,。本文重點介紹帶間級聯(lián)激光器。 基于光譜學原理的氣體檢測,，有非接觸,、快響應、高靈敏,、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點,，是溫室氣體監(jiān)測技術的主流方向。廣東HerriotQCL激光器型號

DFB激光器能避免其他背景氣體的交叉干擾,，使檢測系統(tǒng)具有較好的測量精度,。江蘇半導體QCL激光器型號

    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)（≈2-25μm）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。 江蘇半導體QCL激光器型號

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