作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑,，量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠,、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源,，因此QCL日益受到關(guān)注,。尤其是近10年,，越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用,，使得它的優(yōu)勢(shì)和潛力被更多的認(rèn)識(shí)和挖掘,。中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器,，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器,。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應(yīng)該更加形象,。首先是量子含義,，是指激光器由納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成，利用量子限制效應(yīng),，通過調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距,，從而調(diào)節(jié)波長；其次是級(jí)聯(lián)含義,，它的有源區(qū)由多級(jí)耦合量子阱串接組成,，可實(shí)現(xiàn)單電子注入的倍增光子輸出，可望獲得大功率,，而普通的半導(dǎo)體激光器是利用電子空穴對(duì)的復(fù)合發(fā)射光子,，這是普通激光器不具備的一個(gè)性能。 QCL在高靈敏檢測(cè)方面具備天然的優(yōu)勢(shì),，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,。新疆新型QCL激光器多少錢

    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，美國普林斯頓科研小組利用量子級(jí)聯(lián)激光器搭建了開路式氣體檢測(cè)系統(tǒng),，對(duì)北京進(jìn)行了空氣質(zhì)量評(píng)估,。“HIPPO”項(xiàng)目（由美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）和美國國家海洋和大氣局（NOAA）支持）和“CalNEX”項(xiàng)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(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。 山東水QCL激光器QCL相比其它激光器具有體積小,、重量輕的特點(diǎn),，其攜帶方便，便于系統(tǒng)化和集成化,。

    波長覆蓋范圍寬量子級(jí)聯(lián)激光器從波長設(shè)計(jì)原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同,，常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度，而QCL的激射波長是由導(dǎo)帶中子帶間的能級(jí)間距決定的,，可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級(jí)間距,，從而改變QCL的激射波長。從理論上講,，QCL可以覆蓋中遠(yuǎn)紅外到THz波段,。[2]單個(gè)激光器激射波長連續(xù)可調(diào)諧對(duì)于各種氣體的檢測(cè)，需要激光器的波長精確平滑地從一個(gè)波長調(diào)諧到另一個(gè)波長,。對(duì)于特定氣體的檢測(cè),，波長更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線，也稱為分子“指紋”,。另外,，通過波長調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線，可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn),。單個(gè)激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進(jìn)行調(diào)諧,，已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度，得到波長9μm激光器中心頻率,，約為10cm-1,。而使用外置光柵，可以得到更寬的波長調(diào)諧范圍,。

    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(jí)聯(lián)激光器（QCL）是激光領(lǐng)域的三個(gè)重大變革性里程碑。量子級(jí)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(jī)制,，其發(fā)光波長由半導(dǎo)體能隙來決定,，填補(bǔ)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(shí)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(jí)聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的級(jí)聯(lián)過程,，電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過程中，不但沒有損失,，還可以注入到下一個(gè)過程再次發(fā)光,。這個(gè)級(jí)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(jí)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。 中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測(cè)技術(shù)有 ppb 級(jí)超高靈敏度,、超大檢測(cè)范圍,、高選擇性、實(shí)用性強(qiáng),，易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì),。

    2002年之后，帶間級(jí)聯(lián)激光器在美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）取得了更加快速的發(fā)展,，在低閾值電流,、高工作溫度以及長波長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年交付美國國家航空航天局（NASA）的好奇號(hào)進(jìn)行火星的甲烷探測(cè)。2008年,，美國海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）經(jīng)過多年優(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,，激射波長為μm。2011年,，美國海軍實(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)量不均等問題,，通過改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度,，平衡有源區(qū)中過高的空穴濃度。之后,，德國伍茲堡大學(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，美國海軍實(shí)驗(yàn)室通過增加有源級(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。 中紅外QCL用于燃?xì)夤芫W(wǎng)巡檢中,，解決巡檢效率低,、氣體檢測(cè)準(zhǔn)確度低、受環(huán)境影響大,、智能化程度低等問題,。陜西HerriotQCL激光器加工

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,。新疆新型QCL激光器多少錢

    中紅外溫室氣體激光器在環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣候變化研究中正發(fā)揮著越來越關(guān)鍵的作用,，隨著全球?qū)厥覛怏w減排的日益重視，市場(chǎng)對(duì)高效,、精確的氣體檢測(cè)設(shè)備的需求也在不斷攀升,。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為這一領(lǐng)域不可或缺的重要工具,。首先,，這種激光器能夠精確檢測(cè)諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體,，其高靈敏度和選擇性使其在環(huán)境監(jiān)測(cè),、工業(yè)排放評(píng)估以及城市空氣質(zhì)量檢測(cè)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。各國和企業(yè)逐步加強(qiáng)對(duì)溫室氣體排放的監(jiān)管,，推動(dòng)了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應(yīng)用,，比如在城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，這些激光器可以實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù),，使得相關(guān)部門能夠及時(shí)采取措施,，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)民眾的健康,。其次,，技術(shù)的不斷進(jìn)步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來,，激光技術(shù)的創(chuàng)新使得這些設(shè)備在體積,、功耗和成本方面得到了改善。例如,，采用新型材料和工藝,，使得激光器的體積更加小巧,，便于攜帶和部署，同時(shí)降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本,。這一趨勢(shì)不僅降低了使用門檻,，也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用，滿足市場(chǎng)對(duì)靈活性和便攜性的需求,，甚至可以應(yīng)用于野外勘測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合,。 新疆新型QCL激光器多少錢