在現(xiàn)代民用領(lǐng)域,QCL激光器(量子級(jí)聯(lián)激光器)作為紅外對(duì)抗系統(tǒng)的重要組成部分,正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及對(duì)安全和效率的日益重視,QCL激光器在紅外對(duì)抗中的應(yīng)用案例層出不窮,展現(xiàn)出其的性能和的適用性。以某國家的防空系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)在面對(duì)敵方導(dǎo)彈威脅時(shí),采用了QCL激光器紅外對(duì)抗技術(shù)。這一技術(shù)通過精確發(fā)射特定波長的激光,成功地干擾了敵方導(dǎo)彈的紅外尋的系統(tǒng),顯著提高了防空能力。通過這種方式,防空系統(tǒng)不僅能夠有效保護(hù)關(guān)鍵設(shè)施的安全,還能夠降低潛在的經(jīng)濟(jì)損失。這一成功應(yīng)用案例展示了QCL激光器在實(shí)際戰(zhàn)斗環(huán)境中的高效性和實(shí)用性,同時(shí)也反映了現(xiàn)代中科技應(yīng)用的重要性。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域。因此用中紅外激光器探測甲烷氣體非常有益。青海CH4QCL激光器多少錢
TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時(shí)測量",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、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測、汽車尾氣測量、工業(yè)過程氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測等等。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。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)。 河南COQCL激光器定制QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。
相比較與其它激光器,量子級(jí)聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)如下:1)中遠(yuǎn)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(dāng)我們需要使用中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光時(shí),半導(dǎo)體激光器對(duì)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(yuǎn)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(jì)量子阱層厚度來實(shí)現(xiàn)波長控制,所以量子級(jí)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(shí)際需求設(shè)計(jì)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(diǎn),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(jià)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(jí)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?yàn)镼CL所獨(dú)特的級(jí)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。
分子紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān),是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段,將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上,某些特定波長的紅外射線被吸收,形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜,可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來做分析鑒定。紅外光譜法主要研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物(沒有偶極矩變化的振動(dòng)在拉曼光譜中出現(xiàn))。因此,除了單原子和同核分子如Ne、He、H2等之外,幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。除光學(xué)異構(gòu)體,某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差異的化合物外,凡是具有結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)化合物,一定不會(huì)有相同的紅外光譜。通常紅外吸收帶的波長位置與吸收譜帶的強(qiáng)度,反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),可以用來鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或其化學(xué)基團(tuán);而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān),可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定。由于紅外光譜分析特征性強(qiáng),氣體、液體、固體樣品都可測定,并具有用量少,分析速度快,不破壞樣品的特點(diǎn)。因此,紅外光譜法不僅與其它許多分析方法一樣,能進(jìn)行定性和定量分析,而且該法是鑒定化合物和測定分子結(jié)構(gòu)的**有用方法之一。 DFB激光器能避免其他背景氣體的交叉干擾,使檢測系統(tǒng)具有較好的測量精度。
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。 TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時(shí)測量",環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),易于設(shè)備的小型化。甘肅CO2QCL激光器工廠
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)。青海CH4QCL激光器多少錢
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(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)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(shí)吸收線不會(huì)因?yàn)閴毫Χ訉?。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(shí)、動(dòng)態(tài)、多組分同時(shí)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。可調(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。 青海CH4QCL激光器多少錢