復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間,、時(shí)間尺度的濃度監(jiān)測(cè)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(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段仍有待研究,?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測(cè)量技術(shù),具有高選擇、高靈敏度,、高分辨等特點(diǎn),與目前新興的中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測(cè)量,進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度,達(dá)到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)需求,。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù)，通過(guò)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)激光的吸收特性來(lái)檢測(cè)氣體濃度,。適用于檢測(cè)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(cè)的特點(diǎn),，激光氣體分析儀在工業(yè)過(guò)程控制,、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全與泄漏檢測(cè),、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,。 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,。上海SF6QCL激光器型號(hào)

    相比較與其它激光器，量子級(jí)聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)如下：1)中遠(yuǎn)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(zhǎng)主要在可見(jiàn)光和近紅外波段，當(dāng)我們需要使用中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光時(shí),，半導(dǎo)體激光器對(duì)此則有些無(wú)能為力,，不同體系激光器激射波長(zhǎng)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(yuǎn)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(zhǎng)范圍；QCL激射波長(zhǎng)取決于子帶間能量差,，可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)控制,，所以量子級(jí)聯(lián)激光器的激射波長(zhǎng)范圍極寬（約3-250μm），并且可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)特定波長(zhǎng)的激光輸出。3)體積??；QCL相比其它激光器如：一氧化碳激光器（激射波長(zhǎng)為4-5μm）和二氧化碳激光器（激射波長(zhǎng)為μm），具有體積小,、重量輕的特點(diǎn),，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(jià)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(guò)程，所以量子級(jí)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?yàn)镼CL所獨(dú)特的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),，電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后,，并沒(méi)有湮滅。 寧夏定制QCL激光器報(bào)價(jià)通訊是DFB的主要應(yīng)用,，如1310nm,，1550nm DFB激光器的應(yīng)用，這里主要介紹非通訊波段DFB激光器的應(yīng)用,。

    大氣中CO2,、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段,，其中近紅外波段波長(zhǎng)在－μm范圍,，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長(zhǎng)位于－25μm范圍,，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶,，吸收強(qiáng)度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測(cè),。針對(duì)目前溫室氣體多目標(biāo)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)需求,，研究人員開(kāi)展了不同形式的探測(cè)方法研究，主要包括地面探測(cè),、地基探測(cè),、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè)，綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器,，通過(guò)掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜,，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換,、光譜信號(hào)采集、濃度算法解析,、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過(guò)程,，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時(shí)空分辨觀測(cè)。

    2002年之后,，帶間級(jí)聯(lián)激光器在美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）取得了更加快速的發(fā)展,，在低閾值電流、高工作溫度以及長(zhǎng)波長(zhǎng)等方向上都取得了矚目的成果,。其中**重要的是2005年,，研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器（DFB）可以實(shí)現(xiàn)甲烷氣體的檢測(cè)。并于2007年交付美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的好奇號(hào)進(jìn)行火星的甲烷探測(cè),。2008年,，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）經(jīng)過(guò)多年優(yōu)化和發(fā)展，終于實(shí)現(xiàn)了里程碑式的***臺(tái)室溫連續(xù)激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器,，連續(xù)波**高工作溫度可達(dá)319K,，激射波長(zhǎng)為μm。2011年,，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室在材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步提出了“載流子再平衡”的概念,，解決了有源區(qū)中電子和空穴的數(shù)量不均等問(wèn)題,，通過(guò)改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度，平衡有源區(qū)中過(guò)高的空穴濃度,。之后,，德國(guó)伍茲堡大學(xué)在“載流子再平衡”的基礎(chǔ)上，提出了短注入?yún)^(qū)的設(shè)計(jì),。2014年,，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室通過(guò)增加有源級(jí)聯(lián)區(qū)的周期數(shù)及分別限制層的厚度，進(jìn)一步提高了帶間級(jí)聯(lián)激光器的器件指標(biāo),，其室溫連續(xù)輸出功率達(dá)592mW,，輸出特性以及輸出波長(zhǎng)如圖3和4所示。這也是目前帶間級(jí)聯(lián)激光器輸出功率的**高指標(biāo),，并在2015年成功制作級(jí)聯(lián)數(shù)為10的帶間級(jí)聯(lián)激光器,。 QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL,。

    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,。因此可以?huà)昝搶?shí)驗(yàn)室的束縛，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳,。比如大氣環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)測(cè),、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測(cè)、汽車(chē)尾氣測(cè)量,、工業(yè)過(guò)程氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等等,。TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧特性，可獲得被選定的待測(cè)氣體特征吸收峰的吸收光譜,，從而對(duì)氣體定性或者定量的分析,。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小，所以也稱(chēng)之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是這些氣體"分子指紋"的識(shí)別系統(tǒng),，具有很強(qiáng)的選擇性,。此外，TDLAS的檢測(cè)靈敏度也是較高的,，不過(guò)檢出限能達(dá)到怎樣的量級(jí),，就和所用光源有著很大的關(guān)系。常見(jiàn)的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm,，基本是中紅外的天下,，所以，作為中紅外激光光源的QCL,，則可展現(xiàn)性能優(yōu)勢(shì),。再加之高輸出功率，檢出限可達(dá)到ppb,，甚至ppt級(jí)別,。這比傳統(tǒng)的近紅外光源所能達(dá)到的水平，整整高出了3~6個(gè)量級(jí),。 基于 TDLAS 技術(shù)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法,，且效果明顯。上海SF6QCL激光器型號(hào)

DFB激光器同時(shí)提供對(duì)波長(zhǎng)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,。上海SF6QCL激光器型號(hào)

    量子級(jí)聯(lián)激光器是基于多個(gè)量子阱異質(zhì)結(jié)中掩埋次能級(jí)躍遷的單極半導(dǎo)體注入激光器，它們是通過(guò)能帶工程并通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)方法得到的,。QCL激光器的輸出波長(zhǎng)依賴(lài)于量子阱和作用區(qū)掩埋層的厚度而不是激光材料的能級(jí),。由于QCL輸出波長(zhǎng)不受帶隙寬度的限制，因而能夠被制成在中紅外波長(zhǎng)區(qū)較寬范圍里輸出,。QCL的輸出波長(zhǎng)區(qū)可以從μm到60μm,，激光輸出功率可以達(dá)到幾個(gè)mW。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下,，并且已經(jīng)被用于痕量氣體的光譜檢測(cè),，但由于脈沖激光固有特點(diǎn)使其線(xiàn)寬相對(duì)較寬,。雖然單模連續(xù)輸出DFB－QCL已早有報(bào)道，但到目前為止,，還沒(méi)有痕量氣體檢測(cè)的報(bào)道,。鑒于目前中紅外光譜區(qū)傳統(tǒng)激光技術(shù)存在的需要低溫制冷等限制，利用技術(shù)成熟的近紅外激光光源的參量頻率轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)波中紅外相干光源輸出是一個(gè)有效的補(bǔ)充,。在中紅外光譜相干光輸出的參量過(guò)程主要有光參量振蕩（OPO）和差頻變換（DFG）,。 上海SF6QCL激光器型號(hào)