量子級聯(lián)激光器輸出功率較高圖3量子級聯(lián)激光器有源區(qū)工作示意圖(兩個周期)比起中紅外波段其它光源,QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測應(yīng)用中會需要不同的功率,故激光器的高功率工作是非常必要的。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率,高功率的激光器能夠提供的功率范圍大,可以滿足更多的應(yīng)用場景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結(jié)于其本身的有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計,其電子利用效率較高。內(nèi)量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對數(shù)能夠產(chǎn)生的光子數(shù)多少。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖,電子流通過一系列的子帶和微帶,實現(xiàn)子帶中的上能級電子的集聚,之后迅速躍遷到下能級并產(chǎn)生光子,之后注入?yún)^(qū)再重復(fù)利用電子流,使之進入下一個循環(huán)。理論上一個電子可以產(chǎn)生與有源區(qū)級數(shù)相同的光子數(shù),從而內(nèi)量子效率較高,輸出的功率也就越大。而常規(guī)的半導(dǎo)體激光器中,一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子??墒覝毓ぷ髟S多應(yīng)用中需要激光器能室溫工作(室溫脈沖或室溫連續(xù)工作)。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中,將增大系統(tǒng)體積,而且不利于激光器的光束整形。而常規(guī)半導(dǎo)體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感,在長波長區(qū)域。 QCL有著非常重要的用途,高精度痕量氣體傳感、自由空間光通信、定向紅外干擾等。浙江水QCL激光器價格
常見的溫室氣體光譜學(xué)檢測技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)(NDIR)、傅立葉變換光譜技術(shù)(FTIR)、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)、差分吸收激光雷達技術(shù)(DIAL)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)(OA-ICOS)、光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)、激光外差光譜技術(shù)(LHS)、空間外差光譜技術(shù)(SHS)等。其中,NDIR技術(shù)利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關(guān)系,進行溫室氣體反演,具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點,但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術(shù)通過測量紅外光的干涉圖,并對干涉圖進行傅立葉積分變換,從而獲得被測氣體紅外吸收光譜,能夠?qū)崿F(xiàn)多種組分同時監(jiān)測,適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測,儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜,價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)多氣體組分探測,儀器光譜分辨率較低,易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對氣體遙感探測的光譜技術(shù),具有高精度、遠距離、高空間分辨等優(yōu)點,系統(tǒng)較為復(fù)雜,成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)諧激光光源,完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。上海氨QCL激光器定制量子級聯(lián)激光器是一種新型半導(dǎo)體激光器,體積小、壽命長等特點,其工作原理卻和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器截然不同。
基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng),以其高靈敏度、高分辨率及實時響應(yīng)的優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本研究首先解析了TDLAS技術(shù)的基本原理,明確了其在氨逃逸檢測中的獨特作用機制,進而設(shè)計了包含穩(wěn)定系統(tǒng)架構(gòu)與精細功能模塊劃分的氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)實現(xiàn)階段,通過精心挑選的硬件組件與優(yōu)化的軟件算法,確保了系統(tǒng)的高效運行與準確監(jiān)測。隨后,對系統(tǒng)進行了的性能測試,結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測并準確記錄氨逃逸數(shù)據(jù),為環(huán)境保護與工業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用案例,也為氨逃逸監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路與方向。未來,隨著技術(shù)的不斷進步與應(yīng)用的持續(xù)拓展,TDLAS技術(shù)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,推動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的整體發(fā)展。
紅外激光光譜學(xué)獨特的優(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準氣。由于這個特點,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。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)動機效率和機動車尾氣測量、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、機動車尾氣測量:CO、CO2、NH3、NO等。 可調(diào)諧激光器的廣波長調(diào)諧能力和高精度控制特性,使其在多個領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
在工業(yè)檢測方面,量子級聯(lián)激光器以其小型化和集成化的設(shè)計,完美適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)的需求。它能夠以更低的能耗和更小的體積完成復(fù)雜的檢測任務(wù)。這對于降低企業(yè)的運營成本,提高生產(chǎn)效率,具有重要的推動作用。許多企業(yè)通過引入量子級聯(lián)激光器技術(shù),成功減少了設(shè)備占用空間,并提升了生產(chǎn)線的自動化程度。綜合來看,量子級聯(lián)激光器憑借其高效、靈活和經(jīng)濟的特性,正逐步改變各行各業(yè)的技術(shù)格局。無論是在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療成像還是工業(yè)檢測領(lǐng)域,量子級聯(lián)激光器都為客戶提供了切實可行的解決方案,幫助企業(yè)提高效率、降低成本,從而在競爭激烈的市場環(huán)境中脫穎而出。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用范圍的擴大,量子級聯(lián)激光器的未來將更加光明,值得行業(yè)內(nèi)外的共同關(guān)注。 TDLAS:當激光波長與待測氣體分子的吸收線匹配時,分子會吸收部分能量,透射光強度的變化,計算氣體濃度。寧夏COQCL激光器批發(fā)
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)具有非侵入式原位快速在線測量和遙測等的特有優(yōu)勢。浙江水QCL激光器價格
相比較與其它激光器,量子級聯(lián)激光器的優(yōu)點如下:1)中遠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)射波長主要在可見光和近紅外波段,當我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時,半導(dǎo)體激光器對此則有些無能為力,不同體系激光器激射波長范圍如圖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)寬波長范圍;QCL激射波長取決于子帶間能量差,可以通過設(shè)計量子阱層厚度來實現(xiàn)波長控制,所以量子級聯(lián)激光器的激射波長范圍極寬(約3-250μm),并且可以根據(jù)實際需求設(shè)計特定波長的激光輸出。3)體積?。籕CL相比其它激光器如:一氧化碳激光器(激射波長為4-5μm)和二氧化碳激光器(激射波長為μm),具有體積小、重量輕的特點,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)光過程,所以量子級聯(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;因為QCL所獨特的級聯(lián)結(jié)構(gòu),電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后,并沒有湮滅。 浙江水QCL激光器價格
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