紅外激光光譜學(xué)獨(dú)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(diǎn),，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(diǎn),。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(jī)效率和機(jī)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(shí)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(qiáng)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(jī)動車尾氣測量：CO、CO2,、NH3,、NO等。 光譜技術(shù)在氣體檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,，其中OF-CEAS,、CRDS和TDLAS是三種主要技術(shù)。云南國產(chǎn)QCL激光器

    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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)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(yuǎn)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(jī)進(jìn)行通信,，實(shí)現(xiàn)自由空間內(nèi)的信息傳輸。目前,，可以實(shí)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(diǎn)介紹帶間級聯(lián)激光器,。 遼寧定制QCL激光器報價中紅外QCL-TDLAS在氣體檢測中具有高靈敏度,、高分辨率及快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

    作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑,，量子級聯(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在氣體檢測方面的應(yīng)用,，使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認(rèn)識和挖掘,。中遠(yuǎn)紅外量子級聯(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；其次是級聯(lián)含義,，它的有源區(qū)由多級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的復(fù)合發(fā)射光子,，這是普通激光器不具備的一個性能,。

    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在－μm范圍，對應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶,，而中紅外波段波長位于－25μm范圍,，對應(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,。針對目前溫室氣體多目標(biāo)場景監(jiān)測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究,，主要包括地面探測,、地基探測、機(jī)載探測和星載探測,，綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器,，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換,、光譜信號采集,、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程,，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測,。 TDLAS技術(shù)有高效、選擇高,、響應(yīng)快,、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數(shù)的重要手段,。

    痕量氣體檢測對于很多領(lǐng)域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程監(jiān)測,、燃燒流場診斷,、人體呼吸氣體檢測等等。而紅外光譜為分子的振動躍遷光譜,因此在檢測技術(shù)中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關(guān)注的主流方法之一,。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR),、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率,、可以實(shí)現(xiàn)長光程檢測,、不需要額外分光部件,儀器能夠進(jìn)一步小型化等等優(yōu)點(diǎn),。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個波段。相對于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外要大幾個量級,。比如,CH4在3．3um處的吸收強(qiáng)度,是其在1．6um處的163倍,理論檢測下限可達(dá)0．9ppb/m,。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測中,有很好的應(yīng)用,。 TDLAS技術(shù)采用的半導(dǎo)體激光光源的光譜,，寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，得到單線吸收光譜,。云南國產(chǎn)QCL激光器

量子級聯(lián)激光器窄線寬,，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu),，因此在氣體檢測分辨率要高于其他檢測方法,。云南國產(chǎn)QCL激光器

    傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器，工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子,，其激射波長由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制,，使得半導(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)體材料-鉛鹽系材料,，其只能在低溫下工作(低于77K),，且輸出功率極低，為微瓦級別,。為了使半導(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光,，科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論，提出了量子級聯(lián)激光器的構(gòu)想,。量子級聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大,，其出射波長由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無關(guān),，因此可以通過設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來實(shí)現(xiàn)波長的控制,。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。 云南國產(chǎn)QCL激光器