中紅外溫室氣體激光器在環(huán)境監(jiān)測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，市場對高效、精確的氣體檢測設(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，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、工業(yè)排放評估以及城市空氣質(zhì)量檢測等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。各國和企業(yè)逐步加強(qiáng)對溫室氣體排放的監(jiān)管，推動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)測中，這些激光器可以實(shí)時提供數(shù)據(jù)，使得相關(guān)部門能夠及時采取措施，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，同時降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。這一趨勢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)用場景中發(fā)揮作用，滿足市場對靈活性和便攜性的需求，甚至可以應(yīng)用于野外勘測和移動監(jiān)測等場合。 中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術(shù)有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實(shí)用性強(qiáng)，易于維護(hù)等優(yōu)勢。江蘇CO2QCL激光器公司

    紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和非分散紅外光譜（NDIR）技術(shù)，以及紅外激光光譜技術(shù)。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比，紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源，具有更高的光譜分辨率，不需要使用額外的分光部件，易于實(shí)現(xiàn)儀器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便實(shí)現(xiàn)長光程檢測。紅外激光光譜學(xué)依據(jù)波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在－μm的近紅外區(qū)，相應(yīng)于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數(shù)比中紅外的基頻吸收要弱得多，一般要低2－3數(shù)量級。盡管如此，由III－V族化合物制成的半導(dǎo)體激光由于在通信和電子工業(yè)元件方面的廣泛應(yīng)用，其價(jià)格相對便宜，質(zhì)量、性能和輸出功率都相當(dāng)優(yōu)越，且在接近室溫工作，使其在一些濃度較高或?qū)�靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監(jiān)測中得到了很好的應(yīng)用，足以達(dá)到ppm的檢測水平，甚至到達(dá)ppb的水平，接近中紅外光譜系統(tǒng)檢測靈敏度的1－10％。 四川二氧化碳QCL激光器哪家好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。

    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(jià)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。

    2002年之后，帶間級聯(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。并于2007年交付美國國家航空航天局（NASA）的好奇號進(jìn)行火星的甲烷探測。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***臺室溫連續(xù)激射的帶間級聯(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。這也是目前帶間級聯(lián)激光器輸出功率的**高指標(biāo)，并在2015年成功制作級聯(lián)數(shù)為10的帶間級聯(lián)激光器。 QCL會被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測。QCL被認(rèn)為是中遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)氣體檢測的優(yōu)勢光源。

    帶間級聯(lián)激光器（ICL）是實(shí)現(xiàn)3～5μm波段中紅外激光器的重要前沿，其在半導(dǎo)體光電器件技術(shù)、氣體檢測、醫(yī)學(xué)醫(yī)療以及自由空間光通信等領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。近年來，半導(dǎo)體帶間級聯(lián)激光器的量子阱能帶理論設(shè)計(jì)方法和激光器制備**技術(shù)得到迅速提升。帶間級聯(lián)激光器是一種以族體系為主，通過量子工程的能帶設(shè)計(jì)及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結(jié)合了傳統(tǒng)的量子阱激光器較長的上能級載流子復(fù)合壽命，以及量子級聯(lián)激光器（QCL）通過級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較高內(nèi)量子效率的優(yōu)點(diǎn)，在中紅外波段具有較大的優(yōu)勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰，對于氣體分子而言，在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區(qū)的中心吸收截面高幾個數(shù)量級。因此，為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限，利用中紅外的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)（TDLAS）可以實(shí)現(xiàn)對特殊或有毒氣體的檢測。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示，諸如礦井氣體甲烷（CH4）分子吸收峰位于3260nm，一氧化碳（CO）分子吸收峰位于4610nm，二氧化碳（CO2）分子吸收峰位于4230nm，氯化氫（HCl）分子吸收峰位于3395nm，溴化氫（HBr）分子吸收峰位于4020nm。 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)。四川二氧化碳QCL激光器哪家好

在工業(yè)污染分析中，QCL的快速響應(yīng)和高靈敏度使其能夠?qū)崟r監(jiān)測煙塵顆粒的組成和濃度。江蘇CO2QCL激光器公司

    可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實(shí)現(xiàn)比較高的選擇性，分析一般在低壓下進(jìn)行，這時吸收線不會因?yàn)閴毫Χ�加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監(jiān)測技術(shù)。具有高靈敏度、實(shí)時、動態(tài)、多組分同時測量的優(yōu)點(diǎn)。由于半導(dǎo)體激光器的高單色性，可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線進(jìn)行測量，避免了不同分子光譜的交叉干擾，從而準(zhǔn)確的鑒別出待測氣體�？烧{(diào)諧紅外激光光譜技術(shù)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(jià)值，是近年來非常熱門的研究領(lǐng)域之一�？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器，目前常用于TDLAS技術(shù)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器包括：法珀（Fabry-Perot）激光器、分布反饋式(DistributedFeedback)半導(dǎo)體激光器、分布布喇格反射（DistributedBraggreflector）激光器、垂直腔表面發(fā)射（Vertical-cavitysurface-emitting）激光器和外腔調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。 江蘇CO2QCL激光器公司