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程,。海南NOQCL激光器公司

    紅外光譜檢測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,，易于實現(xiàn)儀器的小型化,。另外，高功率密度激光光源更方便實現(xiàn)長光程檢測,。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。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,，其價格相對便宜，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)測中得到了很好的應(yīng)用,，足以達到ppm的檢測水平,，甚至到達ppb的水平,，接近中紅外光譜系統(tǒng)檢測靈敏度的1－10％。 定制QCL激光器加工可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（ＴＤＬＡＳ）是一種 具有高分辨率,、高靈敏度,、快速檢測特點的氣體檢測 技術(shù)。

    在當(dāng)今高科技迅猛發(fā)展的時代,，量子級聯(lián)激光器（QCL激光器）憑借其性能,，越來越受到氣體檢測領(lǐng)域的關(guān)注。作為一種高靈敏度的激光器,，QCL激光器能夠在極低濃度的氣體環(huán)境下進行準確檢測,，為環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。這一特性使得QCL激光器成為氣體分析的工具,，尤其在安全監(jiān)測和環(huán)境保護等領(lǐng)域,，其應(yīng)用價值不可小覷。QCL激光器的另一個優(yōu)勢在于其強大的選擇性,。與其他類型的激光器相比,，QCL激光器能夠有效地區(qū)分不同氣體分子的吸收特性。這意味著在復(fù)雜的氣體混合環(huán)境中,，QCL激光器能夠精確識別特定氣體的存在,，從而減少誤報的可能性，極大地提高了檢測的可靠性和準確性,。這種選擇性不僅提升了產(chǎn)品的市場競爭力,，同時也為客戶帶來了更高的滿意度。

    帶間級聯(lián)激光器（ICL）是實現(xiàn)3～5μm波段中紅外激光器的重要前沿,，其在半導(dǎo)體光電器件技術(shù),、氣體檢測、醫(yī)學(xué)醫(yī)療以及自由空間光通信等領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值,。近年來,，半導(dǎo)體帶間級聯(lián)激光器的量子阱能帶理論設(shè)計方法和激光器制備**技術(shù)得到迅速提升。帶間級聯(lián)激光器是一種以?族體系為主,，通過量子工程的能帶設(shè)計及其材料外延,、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結(jié)合了傳統(tǒng)的量子阱激光器較長的上能級載流子復(fù)合壽命,，以及量子級聯(lián)激光器（QCL）通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較高內(nèi)量子效率的優(yōu)點,，在中紅外波段具有較大的優(yōu)勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰,，對于氣體分子而言,，在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區(qū)的中心吸收截面高幾個數(shù)量級。因此，為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限,，利用中紅外的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)（TDLAS）可以實現(xiàn)對特殊或有毒氣體的檢測,。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示，諸如礦井氣體甲烷（CH4）分子吸收峰位于3260nm,，一氧化碳（CO）分子吸收峰位于4610nm,，二氧化碳（CO2）分子吸收峰位于4230nm，氯化氫（HCl）分子吸收峰位于3395nm,，溴化氫（HBr）分子吸收峰位于4020nm,。 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。

    激光器的發(fā)展里程碑如下：1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器,，1962年發(fā)明的雙極型半導(dǎo)體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器（QCL）是激光領(lǐng)域的三個重大變革性里程碑,。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同,，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機制,，其發(fā)光波長由半導(dǎo)體能隙來決定，填補了半導(dǎo)體中紅外激光器的空白,。QCL受激輻射過程只有電子參與,，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出,，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長,。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中,，不但沒有損失,，還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來,，從而造就了一種令人驚嘆的激光器,。因此，量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導(dǎo)體激光理論的一次變革和里程碑,。 激光氣體分析被用于各種氣體檢測研究,。高精度和靈敏度使其成為研究氣體環(huán)境科學(xué)和物理化學(xué)性質(zhì)的理想設(shè)備。上海氧化亞氮QCL激光器公司

QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優(yōu)勢,，可能成為呼吸氣體分析技術(shù)領(lǐng)域瓶頸的可靠解決方案,。海南NOQCL激光器公司

    復(fù)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(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,。可調(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,與目前新興的中紅外量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實現(xiàn)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(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，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)以及科研實驗室等多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,。 海南NOQCL激光器公司