分子紅外光譜與分子的結構密切相關，是研究表征分子結構的一種有效手段,，將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上,，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜,。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜,，可以采用與標準化合物的紅外光譜對比的方法來做分析鑒定。紅外光譜法主要研究在振動中伴隨有偶極矩變化的化合物（沒有偶極矩變化的振動在拉曼光譜中出現）,。因此,，除了單原子和同核分子如Ne、He,、H2等之外,，幾乎所有的有機化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。除光學異構體,，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差異的化合物外,，凡是具有結構不同的兩個化合物,，一定不會有相同的紅外光譜。通常紅外吸收帶的波長位置與吸收譜帶的強度,，反映了分子結構上的特點,，可以用來鑒定未知物的結構組成或其化學基團；而吸收譜帶的吸收強度與分子組成或化學基團的含量有關,，可用以進行定量分析和純度鑒定,。由于紅外光譜分析特征性強，氣體,、液體,、固體樣品都可測定，并具有用量少,，分析速度快,，不破壞樣品的特點。因此,，紅外光譜法不僅與其它許多分析方法一樣,，能進行定性和定量分析，而且該法是鑒定化合物和測定分子結構的**有用方法之一,。 利用多種形式的光譜學測量手段,，開展地面探測、地基探測,、機載探測和星載探測四種典型光學觀測.西藏CH4QCL激光器公司

    量子級聯激光器輸出功率較高圖3量子級聯激光器有源區(qū)工作示意圖（兩個周期）比起中紅外波段其它光源,，QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測應用中會需要不同的功率,，故激光器的高功率工作是非常必要的,。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率，高功率的激光器能夠提供的功率范圍大,，可以滿足更多的應用場景,。QCL輸出功率較高的原因可以歸結于其本身的有源區(qū)結構設計，其電子利用效率較高,。內量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對數能夠產生的光子數多少,。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖，電子流通過一系列的子帶和微帶,，實現子帶中的上能級電子的集聚,，之后迅速躍遷到下能級并產生光子，之后注入區(qū)再重復利用電子流,，使之進入下一個循環(huán),。理論上一個電子可以產生與有源區(qū)級數相同的光子數，從而內量子效率較高,，輸出的功率也就越大,。而常規(guī)的半導體激光器中,，一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子?？墒覝毓ぷ髟S多應用中需要激光器能室溫工作（室溫脈沖或室溫連續(xù)工作）,。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，將增大系統(tǒng)體積,，而且不利于激光器的光束整形,。而常規(guī)半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感，在長波長區(qū)域,。 山東SF6QCL激光器加工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(yōu)勢光源,。

    工農業(yè)生產,、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖,，研究和發(fā)展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確,、快速,、動態(tài)檢測技術是環(huán)境氣候研究的基礎和前提,。基于光譜學原理的氣體檢測技術,，具有非接觸,、快響應,、高靈敏、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點,，是目前溫室氣體監(jiān)測技術的主流研究方向,。針對當前溫室氣體點源、面源,、區(qū)域、全球等尺度下的監(jiān)測需求,，綜合利用多種形式的光譜學測量手段,，開展地面探測,、地基探測,、機載探測和星載探測四種典型光學觀測,，獲取溫室氣體空間分布、季節(jié)變化和年變化的特征和趨勢,，這對理解區(qū)域碳排放,、掌握源匯信息,、研究環(huán)境氣候變化規(guī)律等具有重要意義。二氧化碳（CO2）,、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）,、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）,、六氟化硫（SF6），其中后三種氣體造成溫室效應的能力強,，但從對全球升溫的貢獻百分比來說，CO2,、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大，它們對全球變暖的總體貢獻占到77%,，濃度也呈現出逐年升高的趨勢,。

    中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段，很多氣體的特征吸收峰都在這個波段,，如NO、CO,、CO2、NH3、SO2,、SO3等,，還有一些人體疾病如糖尿病、,、胸、肺,、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段，如圖4,。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測系統(tǒng)，具有體積小,、檢測速度快,、精確度高等特點，可以廣泛的應用在環(huán)境檢測,、痕量氣體檢測,、醫(yī)療診斷等方面，基于QCL的氣體檢測系統(tǒng)是QCL重要的應用之一,，如氣體檢測系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測技術（電化學檢測,、氣相色譜分析、紅外LED）,，量子級聯激光器在氣體檢測的優(yōu)勢如下：1、量子級聯激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子,、原子光譜線中精細結構，因此基于量子級聯激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠高于其他光譜檢測方法,，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過調諧QCL的波長,，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。2,、QCL的光束質量好，其出射光的發(fā)散角小,，可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度,，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。 TDLAS利用半導體激光器的波長調諧特性,，可獲得待測氣體特征吸收峰的吸收光譜，對氣體定量的分析,。

    復雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間,、時間尺度的濃度監(jiān)測是了解溫室氣體源與匯的基礎。目前適應生態(tài)環(huán)境溫室氣體長期連續(xù)監(jiān)測的技術手段仍有待研究,。可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術,具有高選擇,、高靈敏度、高分辨等特點,與目前新興的中紅外量子級聯激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結合,可實現分子"基頻"吸收光譜測量,進一步提高檢測靈敏度,達到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測需求,。激光氣體分析利用激光光譜技術，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、快速響應和非接觸式檢測的特點,，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)療與生命科學以及科研實驗室等多個領域中得到了廣泛應用,。 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。制造QCL激光器封裝

量子級聯激光器窄線寬,，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細結構,，因此在氣體檢測分辨率要高于其他檢測方法。西藏CH4QCL激光器公司

    作為半導體激光技術發(fā)展的里程碑,，量子級聯激光器（QCL）使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能,，為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源,，因此QCL日益受到關注。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用，使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器（QCL）眾所周知,，QCL屬于新一代半導體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導體激光器,。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應該更加形象,。首先是量子含義，是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成,，利用量子限制效應，通過調節(jié)每層材料的厚度和子帶間距,，從而調節(jié)波長；其次是級聯含義,，它的有源區(qū)由多級耦合量子阱串接組成，可實現單電子注入的倍增光子輸出,，可望獲得大功率,，而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發(fā)射光子,，這是普通激光器不具備的一個性能,。 西藏CH4QCL激光器公司