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(jià)帶中的空穴復(fù)合生成光子，而量子級(jí)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(duì)稱，是量子級(jí)聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個(gè)原因。當(dāng)然，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設(shè)計(jì)，材料生長以及器件結(jié)構(gòu)有關(guān)。尺寸較小圖5量子級(jí)聯(lián)激光器實(shí)物圖量子級(jí)聯(lián)激光器的尺寸較小，如圖5所示，量子級(jí)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(dòng)和操作。量子級(jí)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(gè)里程碑，一個(gè)是1997年室溫工作的分布反饋量子級(jí)聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功，實(shí)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(shí)峰值功率為60mW；另一個(gè)是2002年實(shí)現(xiàn)了波長為μm量子級(jí)聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作，器件在292K時(shí)輸出功率為17mW，比較高連續(xù)工作溫度為321K。 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。黑龍江加工QCL激光器工廠

    痕量氣體檢測(cè)對(duì)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(cè)、工業(yè)過程監(jiān)測(cè)、燃燒流場(chǎng)診斷、人體呼吸氣體檢測(cè)等等。而紅外光譜為分子的振動(dòng)躍遷光譜,因此在檢測(cè)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(cè)、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(gè)波段。相對(duì)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(gè)量級(jí)。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(cè)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(cè)。在一些濃度較低或?qū)�靈敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測(cè)中,有很好的應(yīng)用。 黑龍江加工QCL激光器工廠在光譜學(xué)領(lǐng)域，可調(diào)諧激光器可以用于精確測(cè)量物質(zhì)的光譜特性；

    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。因此可以掙脫實(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)境在線監(jiān)測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測(cè)、汽車尾氣測(cè)量、工業(yè)過程氣體實(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，所以也稱之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡單來說就是這些氣體"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)。

    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)�溫室氣體減排的日益重視，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。 利用QCL作為光源則在很大程度上擴(kuò)展了可探測(cè)波段，也在一定程度上提高了探測(cè)極限。

    TDLAS技術(shù)具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣體的痕量探測(cè)。利用氣體吸收譜線隨溫度、氣壓等因素變化的特性，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數(shù)的測(cè)量。無干擾、低價(jià)、可小型化等是TDLAS技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。我們致力于發(fā)展高速（微秒級(jí)）、高靈敏（ppb級(jí)）、可攜帶式的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的氣體測(cè)量技術(shù)方法，拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領(lǐng)域的應(yīng)用。調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術(shù)之一。其工作原理如下：激光光源：使用調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)諧激光波長，精確匹配待測(cè)氣體的吸收峰。氣體吸收過程：激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過待測(cè)氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰，部分激光能量被吸收，導(dǎo)致光強(qiáng)度減弱。探測(cè)器測(cè)量：激光通過氣體后，剩余的激光光強(qiáng)被探測(cè)器接收。探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，測(cè)量激光強(qiáng)度的衰減。信號(hào)處理與濃度計(jì)算：分析儀通過計(jì)算吸收光譜的強(qiáng)度和形狀，使用朗伯-比爾定律（Beer-LambertLaw）來推導(dǎo)出氣體的濃度。TDLAS技術(shù)的高分辨率和高靈敏度使其能夠準(zhǔn)確檢測(cè)低濃度的氣體。 紅外氣體傳感器是通過測(cè)量被測(cè)氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來計(jì)算濃度的。浙江甲烷QCL激光器加工

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)和二氧化碳檢測(cè)技術(shù)可以測(cè)得二氧化碳?xì)怏w濃度值。黑龍江加工QCL激光器工廠

    中遠(yuǎn)紅外波段包含了兩個(gè)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(gè)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(cè)系統(tǒng)，具有體積小、檢測(cè)速度快、精確度高等特點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用在環(huán)境檢測(cè)、痕量氣體檢測(cè)、醫(yī)療診斷等方面，基于QCL的氣體檢測(cè)系統(tǒng)是QCL重要的應(yīng)用之一，如氣體檢測(cè)系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)技術(shù)（電化學(xué)檢測(cè)、氣相色譜分析、紅外LED），量子級(jí)聯(lián)激光器在氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)如下：1、量子級(jí)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(xì)結(jié)構(gòu)，因此基于量子級(jí)聯(lián)激光器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測(cè)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(cè)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(jì)光學(xué)長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進(jìn)而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對(duì)于低濃度的氣體檢測(cè)十分有效。 黑龍江加工QCL激光器工廠