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)帶中的電子與價帶中的空穴復(fù)合生成光子,，而量子級聯(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稱,，是量子級聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個原因,。當(dāng)然，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設(shè)計,，材料生長以及器件結(jié)構(gòu)有關(guān),。尺寸較小圖5量子級聯(lián)激光器實物圖量子級聯(lián)激光器的尺寸較小，如圖5所示,，量子級聯(lián)激光器管芯的長度一般為3mm,，隨著激光器性能提高，可以將其封裝在方盒內(nèi),，從而方便地移動和操作,。量子級聯(lián)激光器的工作溫度、輸出性能和波長覆蓋范圍在過去的20年取得了迅猛發(fā)展,。其中,，有兩個里程碑，一個是1997年室溫工作的分布反饋量子級聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功,，實現(xiàn)了波長為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作,，其中μm的激光器300K時峰值功率為60mW；另一個是2002年實現(xiàn)了波長為μm量子級聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作,，器件在292K時輸出功率為17mW,，比較高連續(xù)工作溫度為321K。 0.76~25μm 為近紅外,，25~30μm 為中紅外,，30~1000 μm為遠紅外。西藏國產(chǎn)QCL激光器公司

    常見的溫室氣體光譜學(xué)檢測技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)（NDIR）,、傅立葉變換光譜技術(shù)（FTIR）,、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）、差分吸收激光雷達技術(shù)（DIAL）,、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）,、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）,、激光外差光譜技術(shù)（LHS）,、空間外差光譜技術(shù)（SHS）等。其中,，NDIR技術(shù)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(guān)系,，進行溫室氣體反演，具有結(jié)構(gòu)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(shù)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?qū)崿F(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(fù)雜,，價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術(shù),，能夠?qū)崿F(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(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對氣體遙感探測的光譜技術(shù),，具有高精度、遠距離,、高空間分辨等優(yōu)點,，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高,。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)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。西藏國產(chǎn)QCL激光器公司在光譜學(xué)領(lǐng)域,，可調(diào)諧激光器可以用于精確測量物質(zhì)的光譜特性,；

    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,。

    在工業(yè)檢測方面,，量子級聯(lián)激光器以其小型化和集成化的設(shè)計，完美適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)的需求,。它能夠以更低的能耗和更小的體積完成復(fù)雜的檢測任務(wù),。這對于降低企業(yè)的運營成本，提高生產(chǎn)效率,，具有重要的推動作用,。許多企業(yè)通過引入量子級聯(lián)激光器技術(shù)，成功減少了設(shè)備占用空間,，并提升了生產(chǎn)線的自動化程度,。綜合來看，量子級聯(lián)激光器憑借其高效,、靈活和經(jīng)濟的特性,，正逐步改變各行各業(yè)的技術(shù)格局。無論是在環(huán)境監(jiān)測,、醫(yī)療成像還是工業(yè)檢測領(lǐng)域,，量子級聯(lián)激光器都為客戶提供了切實可行的解決方案，幫助企業(yè)提高效率,、降低成本,，從而在競爭激烈的市場環(huán)境中脫穎而出。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用范圍的擴大,，量子級聯(lián)激光器的未來將更加光明,，值得行業(yè)內(nèi)外的共同關(guān)注。 可調(diào)諧激光器以其獨特的波長可調(diào)諧特性,，成為了現(xiàn)代激光科技的重要支柱,。

    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(yīng)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(yīng)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(shù)（電化學(xué)檢測,、氣相色譜分析、紅外LED）,，量子級聯(lián)激光器在氣體檢測的優(yōu)勢如下：1,、量子級聯(lián)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(jié)構(gòu),，因此基于量子級聯(lián)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(diào)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(zhì)量好,，其出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來設(shè)計光學(xué)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。 可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)具有非侵入式原位快速在線測量和遙測等的特有優(yōu)勢,。江蘇CH4QCL激光器定制

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(nèi)氣體檢測的優(yōu)勢光源,。西藏國產(chǎn)QCL激光器公司

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展,，人類對于大自然的干擾和對環(huán)境的破壞愈發(fā)嚴(yán)重，無論是酸雨等氣候災(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。各國科學(xué)家對環(huán)境監(jiān)控都十分重視,。2008年,，正值北京奧運會舉辦之際，美國普林斯頓科研小組利用量子級聯(lián)激光器搭建了開路式氣體檢測系統(tǒng),，對北京進行了空氣質(zhì)量評估,。“HIPPO”項目（由美國國家科學(xué)基金會（NSF）和美國國家海洋和大氣局（NOAA）支持）和“CalNEX”項目（由美國加州空氣資源局（CARB）和NOAA支持）正在開展溫室氣體的相關(guān)研究工作,。[2]工業(yè)監(jiān)控在石油化工,、金屬冶煉、礦山開采等行業(yè)生產(chǎn)過程中,，通過檢測產(chǎn)生的相應(yīng)氣體的濃度可以進行進程監(jiān)控,，也可以監(jiān)控泄露危險氣體的濃度，以保障生產(chǎn)安全,，已有技術(shù)采用μmQCL對工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO氣體進行實時檢測,，并使用μm的脈沖QCL對物產(chǎn)生的氣體進行光學(xué)檢測。醫(yī)學(xué)應(yīng)用有的疾病會造成人類呼出氣體成分的異常升高,，通過對呼出氣體的種類和濃度進行準(zhǔn)確的分析,，可以對臨床診斷和提供有價值的參考，而且不必因為使用CT等儀器而引入過多的輻射,。例如,，患有糖尿病、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會出現(xiàn)異常,。 西藏國產(chǎn)QCL激光器公司