作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑,，量子級聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能,，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源,，因此QCL日益受到關(guān)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(yīng)用,，使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認(rèn)識和挖掘。中遠(yuǎn)紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）眾所周知,，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器,，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,，應(yīng)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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成,，利用量子限制效應(yīng),，通過調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調(diào)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(shí)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(dǎo)體激光器是利用電子空穴對的復(fù)合發(fā)射光子,，這是普通激光器不具備的一個(gè)性能。 可調(diào)諧激光器的廣波長調(diào)諧能力和高精度控制特性,，使其在多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力,。山東H2OQCL激光器定制

    量子級聯(lián)激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠(yuǎn)紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器。它是由貝爾實(shí)驗(yàn)室于1994年率先實(shí)現(xiàn),。隨著量子級聯(lián)激光器技術(shù)的日趨成熟,，它開始被較多地應(yīng)用于科學(xué)和工程研究。由于其明顯優(yōu)勢,，在氣體檢測領(lǐng)域得到了迅速推廣,。基于量子級聯(lián)激光器的紅外光譜氣體檢測技術(shù)具有靈敏度高,、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn),，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優(yōu)勢，使其成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn),。量子級聯(lián)激光器（QuantumcascadeLaser,，QCL）是基于半導(dǎo)體耦合量子阱子帶（一般為導(dǎo)帶）間的電子躍遷所產(chǎn)生的一種單極性光源,。量子（quantum）指的是通過調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距,，實(shí)現(xiàn)對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小,。級聯(lián)（cascade）的意思是有源區(qū)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(lián)在一起。激光器（Laser）是指產(chǎn)生特定波長的光源,。量子級聯(lián)激光器的波長可以覆蓋在,、通信、氣體檢測等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值的中遠(yuǎn)紅外波段,。 安徽氣體檢測QCL激光器定制0.76~25μm 為近紅外,，25~30μm 為中紅外，30~1000 μm為遠(yuǎn)紅外,。

    TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位,、連續(xù)、實(shí)時(shí)測量",，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),，易于設(shè)備的小型化。因此可以掙脫實(shí)驗(yàn)室的束縛,，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳,。比如大氣環(huán)境在線監(jiān)測、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測,、汽車尾氣測量,、工業(yè)過程氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測等等。TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長調(diào)諧特性，可獲得被選定的待測氣體特征吸收峰的吸收光譜,，從而對氣體定性或者定量的分析,。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小，所以也稱之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡單來說就是這些氣體"分子指紋"的識別系統(tǒng),，具有很強(qiáng)的選擇性,。此外，TDLAS的檢測靈敏度也是較高的,，不過檢出限能達(dá)到怎樣的量級,，就和所用光源有著很大的關(guān)系。常見的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm,，基本是中紅外的天下,，所以，作為中紅外激光光源的QCL,，則可展現(xiàn)性能優(yōu)勢,。再加之高輸出功率，檢出限可達(dá)到ppb,，甚至ppt級別,。這比傳統(tǒng)的近紅外光源所能達(dá)到的水平，整整高出了3~6個(gè)量級,。

    復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間,、時(shí)間尺度的濃度監(jiān)測是了解溫室氣體源與匯的基礎(chǔ)。目前適應(yīng)生態(tài)環(huán)境溫室氣體長期連續(xù)監(jiān)測的技術(shù)手段仍有待研究,?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術(shù),具有高選擇、高靈敏度,、高分辨等特點(diǎn),與目前新興的中紅外量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測量,進(jìn)一步提高檢測靈敏度,達(dá)到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測需求,。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù)，通過氣體對特定波長激光的吸收特性來檢測氣體濃度,。適用于檢測具有特定吸收特性的氣體,，如甲烷、二氧化碳,、一氧化碳,、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣,。憑借其高精度,、快速響應(yīng)和非接觸式檢測的特點(diǎn)，激光氣體分析儀在工業(yè)過程控制,、環(huán)境監(jiān)測,、安全與泄漏檢測,、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 QCL的光束質(zhì)量好,，可以利用光的反射來設(shè)計(jì)光學(xué)長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程,，提高系統(tǒng)的靈敏度。

    1994年4月,，貝爾實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》上報(bào)道了***個(gè)子帶間量子級聯(lián)激光器,。帶間級聯(lián)和量子級聯(lián)激光器的研究都源于早期對于半導(dǎo)體超晶格的研究以及通過子帶間躍遷實(shí)現(xiàn)激光器的探索。在帶間級聯(lián)激光器提出的2～3年內(nèi),，空穴注入?yún)^(qū)就已經(jīng)提出并加入到了帶間級聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)中,。同時(shí)，W型二類量子阱的概念也被提出,，并取代了原先的單邊型的二類量子阱,。空穴注入?yún)^(qū)和W型有源區(qū)的設(shè)計(jì)直到***也一直被采用,。1997年,，由休斯頓大學(xué)和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室合作完成的***臺可達(dá)170K低溫工作的帶間級聯(lián)激光器被報(bào)道出來，此后,，對于二類量子阱的研究也取得了一定進(jìn)展,，而帶間級聯(lián)激光器也在1998～2000年工作溫度逐漸提升至250～286K，微分量子效率超過了傳統(tǒng)極限的100%,，從而證實(shí)了級聯(lián)過程,。里程碑式的突破是在2002年,，研究人員Yang等實(shí)現(xiàn)了***臺室溫脈沖激射的帶間級聯(lián)激光器,，由18個(gè)周期構(gòu)成。 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(jì)算濃度的,。湖北氣體檢測QCL激光器供應(yīng)商

提供從QCL光源,、MCT探測器等模塊組件，再到激光氣體分析系統(tǒng)的全套解決方案,。山東H2OQCL激光器定制

    相比較與其它激光器,，量子級聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)如下：1)中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段出射；在QCL發(fā)明之前,，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長主要在可見光和近紅外波段,，當(dāng)我們需要使用中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光時(shí)，半導(dǎo)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(dǎo)體激光器也能激射出中遠(yuǎn)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(shè)計(jì)量子阱層厚度來實(shí)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(shí)際需求設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(dǎo)體激光器為雙極型,，其出光原理依靠的是p-n結(jié)中導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴復(fù)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?yàn)镼CL所獨(dú)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,。 山東H2OQCL激光器定制