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紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器,。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現(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,?；诹孔蛹壜?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,，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。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)用價值的中遠紅外波段。 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)和生物過程,；陜西水QCL激光器型號

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的特性，通過調(diào)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(shù)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(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜（TDLAS）技術(shù)是激光吸收光譜（LAS）技術(shù)的一種。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動形式,，激光吸收光譜（LAS）技術(shù)可以分為：直接吸收法和調(diào)制吸收法,。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點：直接吸收法：需要鎖定激光器驅(qū)動電流，不需加載2f諧波信號,，結(jié)構(gòu)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(diào)制吸收法：需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動電流信號，同時需要加載2f諧波信號到驅(qū)動電流上,，結(jié)構(gòu)會相對復(fù)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(diào)制類和頻率調(diào)制類，波長調(diào)制類需要更大的調(diào)諧范圍,，頻率調(diào)制類需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率,，技術(shù)復(fù)雜，靈敏度更高,。 天津定制QCL激光器加工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算濃度的,。

    相比較與其它激光器，量子級聯(lián)激光器的優(yōu)點如下：1)中遠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)我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時,，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)計量子阱層厚度來實現(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)實際需求設(shè)計特定波長的激光輸出,。3)體積?。籕CL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，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；因為QCL所獨特的級聯(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。

    除了氣體檢測外,，帶間級聯(lián)激光器也可用于***領(lǐng)域中,。紅外半導(dǎo)體激光器由于體積小、效率高,、易調(diào)制,、環(huán)境適應(yīng)強等優(yōu)點在***領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈已經(jīng)從***代紅外尋的制導(dǎo)向第四代3～5μm中紅外波段凝視成像制導(dǎo)發(fā)展,，該技術(shù)**提高了紅外制導(dǎo)導(dǎo)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(yīng)用于工業(yè)過程控制,、臨床呼吸診斷、紅外景象投影,、醫(yī)學(xué)醫(yī)療和化學(xué)生物威脅探測等領(lǐng)域中,；還可以作為光發(fā)射機進行通信，實現(xiàn)自由空間內(nèi)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(shù)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。 DFB激光器同時提供對波長的平滑,、可調(diào)諧控制以及精確光纖通信和光譜應(yīng)用所需的極窄光譜寬度,。

    分子紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段,，將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)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(jié)構(gòu)決定的獨有的紅外吸收光譜,，可以采用與標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)）,。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(xué)異構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上的特點,，可以用來鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或其化學(xué)基團；而吸收譜帶的吸收強度與分子組成或化學(xué)基團的含量有關(guān),，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(jié)構(gòu)的**有用方法之一,。 中紅外QCL用于燃氣管網(wǎng)巡檢中,，解決巡檢效率低、氣體檢測準(zhǔn)確度低,、受環(huán)境影響大,、智能化程度低等問題。貴州甲烷QCL激光器工廠

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,。陜西水QCL激光器型號

    紅外激光光譜學(xué)獨特的優(yōu)勢以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價值，是近年來非常熱門的研究領(lǐng)域之一,。主要的應(yīng)用有：(1)高選擇性,，高分辨率的光譜技術(shù)，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(shù),，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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)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(diào)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(lǐng)域中必不可少的監(jiān)測分析新方法與新技術(shù)有重要的科學(xué)意義和實用價值,。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有：1,、分子光譜研究：光譜結(jié)構(gòu)、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,。 陜西水QCL激光器型號