量子級(jí)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(jí)聯(lián)激光器技術(shù)的日趨成熟,，它開(kāi)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(shì),，在氣體檢測(cè)領(lǐng)域得到了迅速推廣,。基于量子級(jí)聯(lián)激光器的紅外光譜氣體檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高,、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn),，特別是在高精度光譜檢測(cè)方面所具有的明顯優(yōu)勢(shì)，使其成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn),。量子級(jí)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(guò)調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級(jí)間距,，實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)的“裁剪”,，另外也指器件的尺寸較小。級(jí)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(jí)接一級(jí)串聯(lián)在一起,。激光器（Laser）是指產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光源。量子級(jí)聯(lián)激光器的波長(zhǎng)可以覆蓋在,、通信,、氣體檢測(cè)等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值的中遠(yuǎn)紅外波段。 在材料科學(xué)領(lǐng)域,，可調(diào)諧激光器可以用于精確控制材料的加工和改性過(guò)程,。上海SF6QCL激光器封裝

    近年來(lái)，激光技術(shù)的快速發(fā)展為各行業(yè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇,。作為激光領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破,，量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器的問(wèn)世，將為用戶解決一系列實(shí)際問(wèn)題,，推動(dòng)高科技產(chǎn)品的創(chuàng)新與應(yīng)用,。量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器是一種新型激光器，能夠在更的波長(zhǎng)范圍內(nèi)輸出高效激光,，相比傳統(tǒng)激光器，其能量轉(zhuǎn)換效率更高,，體積更小,，且具備更強(qiáng)的穩(wěn)定性。這些優(yōu)勢(shì)使得量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景,。首先,，在通信領(lǐng)域，量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器能夠有效提升數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性,。隨著5G和未來(lái)6G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,，對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖黾?。量子?jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器的高頻率輸出能力，為光纖通信提供了強(qiáng)有力的支持,，幫助運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)更低延遲和更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),。其次，在醫(yī)療領(lǐng)域,，量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器的高精度激光輸出使得其在醫(yī)療成像和中具有重要應(yīng)用潛力,。通過(guò)高分辨率成像，醫(yī)生能夠更有效地進(jìn)行疾病的早期診斷,，尤其是在檢測(cè)和眼科方面,，量子級(jí)聯(lián)激光驅(qū)動(dòng)器為患者帶來(lái)了更精細(xì)的方案，極大提升了效果,。 安徽水QCL激光器工廠量子級(jí)聯(lián)激光器使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠,、高功率和高特征溫度激光器成為可能，為氣體分析等提供了新型光源,。

    量子級(jí)聯(lián)激光器（QuantumCascadeLaser,QCL）作為一種新興的激光技術(shù),，正在多個(gè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用潛力。其的優(yōu)點(diǎn)使得產(chǎn)品在市場(chǎng)上備受青睞,，尤其是在環(huán)境監(jiān)測(cè),、醫(yī)療成像和工業(yè)檢測(cè)等方面。首先,，量子級(jí)聯(lián)激光器具有出色的波長(zhǎng)可調(diào)性,，能夠在中紅外范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)射。這一特性使得量子級(jí)聯(lián)激光器在氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出,。通過(guò)精確的波長(zhǎng)調(diào)節(jié),，用戶可以針對(duì)特定氣體進(jìn)行高靈敏度的檢測(cè)，從而有效解決了傳統(tǒng)傳感器難以檢測(cè)低濃度有害氣體的問(wèn)題,。這不僅提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)的精度,，也為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力保障。其次,，量子級(jí)聯(lián)激光器在醫(yī)療成像領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢(shì),。其高功率和高效率的特性，能夠提升成像系統(tǒng)的分辨率和信噪比,，使得醫(yī)生能夠更清晰地觀察到組織和的狀態(tài),。這對(duì)于早期疾病的診斷和方案的制定具有重要意義，從而提高了患者的效率,，降低了醫(yī)療成本,。

    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)于大自然的干擾和對(duì)環(huán)境的破壞愈發(fā)嚴(yán)重,，無(wú)論是酸雨等氣候?yàn)?zāi)害,、亦或是全球氣候變暖,、還是霧霾現(xiàn)象頻發(fā)，都嚴(yán)重的影響著人們的生存環(huán)境,。各國(guó)科學(xué)家對(duì)環(huán)境監(jiān)控都十分重視,。2008年，正值北京奧運(yùn)會(huì)舉辦之際,，美國(guó)普林斯頓科研小組利用量子級(jí)聯(lián)激光器搭建了開(kāi)路式氣體檢測(cè)系統(tǒng),，對(duì)北京進(jìn)行了空氣質(zhì)量評(píng)估?！癏IPPO”項(xiàng)目（由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣局（NOAA）支持）和“CalNEX”項(xiàng)目（由美國(guó)加州空氣資源局（CARB）和NOAA支持）正在開(kāi)展溫室氣體的相關(guān)研究工作,。[2]工業(yè)監(jiān)控在石油化工、金屬冶煉,、礦山開(kāi)采等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,，通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)生的相應(yīng)氣體的濃度可以進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)控，也可以監(jiān)控泄露危險(xiǎn)氣體的濃度,，以保障生產(chǎn)安全,，已有技術(shù)采用μmQCL對(duì)工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并使用μm的脈沖QCL對(duì)物產(chǎn)生的氣體進(jìn)行光學(xué)檢測(cè),。醫(yī)學(xué)應(yīng)用有的疾病會(huì)造成人類呼出氣體成分的異常升高,，通過(guò)對(duì)呼出氣體的種類和濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，可以對(duì)臨床診斷和提供有價(jià)值的參考,，而且不必因?yàn)槭褂肅T等儀器而引入過(guò)多的輻射,。例如，患有糖尿病,、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會(huì)出現(xiàn)異常,。 在光化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域，可調(diào)諧激光器可以用于研究分子結(jié)構(gòu)和生物過(guò)程,；

    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(dǎo)體激光器是雙極性器件,，導(dǎo)帶中的電子與價(jià)帶中的空穴復(fù)合生成光子，而量子級(jí)聯(lián)激光器是單極性器件,，只靠導(dǎo)帶中子帶間電子的躍遷產(chǎn)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(duì)稱,，是量子級(jí)聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個(gè)原因。當(dāng)然,，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設(shè)計(jì),，材料生長(zhǎng)以及器件結(jié)構(gòu)有關(guān),。尺寸較小圖5量子級(jí)聯(lián)激光器實(shí)物圖量子級(jí)聯(lián)激光器的尺寸較小,，如圖5所示,，量子級(jí)聯(lián)激光器管芯的長(zhǎng)度一般為3mm，隨著激光器性能提高,，可以將其封裝在方盒內(nèi),，從而方便地移動(dòng)和操作。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作溫度,、輸出性能和波長(zhǎng)覆蓋范圍在過(guò)去的20年取得了迅猛發(fā)展,。其中，有兩個(gè)里程碑,，一個(gè)是1997年室溫工作的分布反饋量子級(jí)聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功,，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作，其中μm的激光器300K時(shí)峰值功率為60mW,；另一個(gè)是2002年實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)為μm量子級(jí)聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作,，器件在292K時(shí)輸出功率為17mW，比較高連續(xù)工作溫度為321K,。 TDLAS：當(dāng)激光波長(zhǎng)與待測(cè)氣體分子的吸收線匹配時(shí),，分子會(huì)吸收部分能量，透射光強(qiáng)度的變化,，計(jì)算氣體濃度,。安徽水QCL激光器工廠

TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù),、實(shí)時(shí)測(cè)量",，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，易于設(shè)備的小型化,。上海SF6QCL激光器封裝

    紅外光譜檢測(cè)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(shù),，以及紅外激光光譜技術(shù)。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(shí)現(xiàn)儀器的小型化,。另外，高功率密度激光光源更方便實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)光程檢測(cè),。紅外激光光譜學(xué)依據(jù)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(qū)，相應(yīng)于某些分子的“泛頻”譜帶,。分子在這些譜帶的吸收系數(shù)比中紅外的基頻吸收要弱得多,，一般要低2－3數(shù)量級(jí)。盡管如此，由III－V族化合物制成的半導(dǎo)體激光由于在通信和電子工業(yè)元件方面的廣泛應(yīng)用,，其價(jià)格相對(duì)便宜,，質(zhì)量、性能和輸出功率都相當(dāng)優(yōu)越,，且在接近室溫工作,，使其在一些濃度較高或?qū)`敏度要求較低的污染源排放的氣體監(jiān)測(cè)中得到了很好的應(yīng)用，足以達(dá)到ppm的檢測(cè)水平,，甚至到達(dá)ppb的水平,，接近中紅外光譜系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的1－10％。 上海SF6QCL激光器封裝