紅外激光光譜學獨特的優(yōu)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。主要的應用有：(1)高選擇性，高分辨率的光譜技術，由于分子光譜的“指紋”特征，它不受其它氣體的干擾,。這一特性與其它方法相比有明顯的優(yōu)勢。(2)它是一種對所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術，同樣的儀器可以方便的改成測量其它組分的儀器,，只需要改變激光器和標準氣。由于這個特點,，很容易就能將其改成同時測量多組分的儀器,。(3)它具有速度快,，靈敏度高的優(yōu)點。在不失靈敏度的情況下,，其時間分辨率可以在ms量級,。應用該技術的主要領域有：分子光譜研究、工業(yè)過程監(jiān)測控制,、燃燒過程診斷分析,、發(fā)動機效率和機動車尾氣測量、檢測,、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測等,。因此，可調諧紅外激光光譜新方法及其環(huán)境污染時空分布監(jiān)測研究對國家可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境領域中必不可少的監(jiān)測分析新方法與新技術有重要的科學意義和實用價值,。應用該技術的主要領域有：1,、分子光譜研究：光譜結構、線寬,、線強等,；2、大氣痕量氣體檢測：CH2O,、CH4,、CO2、NH3等,；3,、工業(yè)過程監(jiān)測控制：CO、CO2,、H2O,、NH3等；4,、醫(yī)療診斷：NO,、CO、CO2,、CH4等,；5、機動車尾氣測量：CO,、CO2,、NH3、NO等,。 可調諧激光器的廣波長調諧能力和高精度控制特性,，使其在多個領域具有巨大的應用潛力。河北HerriotQCL激光器批發(fā)

    常見的溫室氣體光譜學檢測技術主要包括非分散紅外光譜技術（NDIR）、傅立葉變換光譜技術（FTIR）,、差分光學吸收光譜技術（DOAS）,、差分吸收激光雷達技術（DIAL）、可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）,、離軸積分腔輸出光譜技術（OA-ICOS）,、光腔衰蕩光譜技術（CRDS）、激光外差光譜技術（LHS）,、空間外差光譜技術（SHS）等。其中,，NDIR技術利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關系,，進行溫室氣體反演，具有結構簡單,、操作方便,、成本低廉等優(yōu)點，但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低,。FTIR技術通過測量紅外光的干涉圖,，并對干涉圖進行傅立葉積分變換，從而獲得被測氣體紅外吸收光譜,，能夠實現(xiàn)多種組分同時監(jiān)測,，適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測,，儀器系統(tǒng)較為復雜,，價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術,，能夠實現(xiàn)多氣體組分探測,，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響,。DIAL技術是一種利用氣體分子后向散射效應對氣體遙感探測的光譜技術,，具有高精度、遠距離,、高空間分辨等優(yōu)點,，系統(tǒng)較為復雜，成本較高,。TDLAS技術利用窄線寬的可調諧激光光源,，完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。山西氣體檢測QCL激光器加工TDLAS技術有高效,、選擇高,、響應快、適應性強等優(yōu)點，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數(shù)的重要手段,。

    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節(jié)以匹配其吸收線，也稱為分子“指紋”,。另外,，通過波長調節(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諧,，已有技術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諧范圍,。

    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,。 通訊是DFB的主要應用,，如1310nm，1550nm DFB激光器的應用,，這里主要介紹非通訊波段DFB激光器的應用,。

    大氣中CO2、CH4,、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段,，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶,，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶,，吸收強度要明顯高于近紅外波段,，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監(jiān)測需求,，研究人員開展了不同形式的探測方法研究,，主要包括地面探測、地基探測,、機載探測和星載探測,，綜合運用各種吸收光譜技術和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜,，經(jīng)過光電信號轉換,、光譜信號采集、濃度算法解析,、軟件數(shù)據(jù)處理等技術過程,，能夠實現(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 TDLAS利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流變化,，對分子的單個或幾個相近的吸收線進行測量,。寧夏一氧化氮QCL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,。河北HerriotQCL激光器批發(fā)

    量子級聯(lián)激光器是基于多個量子阱異質結中掩埋次能級躍遷的單極半導體注入激光器，它們是通過能帶工程并通過分子束外延生長方法得到的。QCL激光器的輸出波長依賴于量子阱和作用區(qū)掩埋層的厚度而不是激光材料的能級,。由于QCL輸出波長不受帶隙寬度的限制,，因而能夠被制成在中紅外波長區(qū)較寬范圍里輸出。QCL的輸出波長區(qū)可以從μm到60μm,，激光輸出功率可以達到幾個mW,。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下，并且已經(jīng)被用于痕量氣體的光譜檢測,，但由于脈沖激光固有特點使其線寬相對較寬,。雖然單模連續(xù)輸出DFB－QCL已早有報道，但到目前為止,，還沒有痕量氣體檢測的報道,。鑒于目前中紅外光譜區(qū)傳統(tǒng)激光技術存在的需要低溫制冷等限制，利用技術成熟的近紅外激光光源的參量頻率轉換實現(xiàn)室溫下連續(xù)波中紅外相干光源輸出是一個有效的補充,。在中紅外光譜相干光輸出的參量過程主要有光參量振蕩（OPO）和差頻變換（DFG）,。 河北HerriotQCL激光器批發(fā)