江西甲烷QCL激光器

    直接吸收光谱技术是通过调谐激光频率到选择吸收谱线透过率和谱线形状进行分析，并获取一些重要信息，如吸收谱线强度和增宽系数。从这些光谱测量得到信息可以推断出气体温度、浓度、气流速度以及压力等参数值。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号给激光驱动器驱动DFB激光器，激光器输出激光通过待测气体，光电探测器接收到透射光，并通过对光强信号进行分析，从而测量得到气体浓度值。实现直接吸收光谱检测透射光容易受到背景噪声的干扰、激光器光强波动等因素的影响，为了减小噪声的干扰，通常会使用高灵敏光谱技术，如采用波长调制技术对目标信号进行高频调制，实现抑制高频背景噪声，从而极大提高探测灵敏度和精度。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号叠加快速正弦频率f的调制信号给激光驱动器驱动DFB激光器，激光器输出调制光经过待测气体，光电探测器接收到吸收后光强，此时将光信号转换成电信号输入到锁相放大器对信号进行解调输出波长调制的谐波信号，根据谐波信号的值计算得到此时气体浓度值。 激光气体分析被用于各种气体检测研究。高精度和灵敏度使其成为研究气体环境科学和物理化学性质的理想设备。江西甲烷QCL激光器

    阈值电流密度较低带间跃迁和子带间跃迁示意图常规半导体激光器是双极性器件，导带中的电子与价带中的空穴复合生成光子，而量子级联激光器是单极性器件，只靠导带中子带间电子的跃迁产生光子，如图4所示，电子跃迁的始态与终态的曲线的曲率相同，这样形成的增益谱很窄而且对称，是量子级联激光器能够低阈值工作的一个原因。当然，QCL的阈值电流密度也与有源区设计，材料生长以及器件结构有关。尺寸较小图5量子级联激光器实物图量子级联激光器的尺寸较小，如图5所示，量子级联激光器管芯的长度一般为3mm，随着激光器性能提高，可以将其封装在方盒内，从而方便地移动和操作。量子级联激光器的工作温度、输出性能和波长覆盖范围在过去的20年取得了迅猛发展。其中，有两个里程碑，一个是1997年室温工作的分布反馈量子级联激光器（DFB-QCL）的研制成功，实现了波长为μm和8μm的DFB-QCL的室温工作，其中μm的激光器300K时峰值功率为60mW；另一个是2002年实现了波长为μm量子级联激光器的室温连续工作，器件在292K时输出功率为17mW，比较高连续工作温度为321K。 江西甲烷QCL激光器QCL的光束质量好，可以利用光的反射来设计光学长程池从而增加系统的吸收光程，提高系统的灵敏度。

    分子红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的**有用方法之一。

    传统的半导体激光器，工作原理都是依靠半导体材料中导带的电子和价带中的空穴复合而激发光子，其激射波长由半导体材料的禁带宽度所决定,由于受禁带宽度的限制，使得半导体激光器难以发出中远红外以及太赫兹波段的激光。自然界不多的对应能出射中远红外的半导体材料-铅盐系材料，其只能在低温下工作(低于77K)，且输出功率极低，为微瓦级别。为了使半导体激光器也能激射中远红外以及太赫兹波段的光，科研人员跳出了基于半导体材料p-n结发光的理论，提出了量子级联激光器的构想。量子级联激光器的工作原理为电子在半导体材料导带的子带间跃迁和声子共振辅助隧穿从而产生光放大，其出射波长由导带的子带间的能量差所决定，和半导体材料的禁带宽度无关，因此可以通过设计量子阱层的厚度来实现波长的控制。如图1.(A)传统半导体激光器其发光原理(B)QCL发光原理。 利用多种形式的光谱学测量手段，开展地面探测、地基探测、机载探测和星载探测四种典型光学观测.

    量子级联激光理论的创立和量子级联激光器的发明使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能。一般而言，量子级联激光器系统包括量子级联激光模块，控制模块以及接口模块。量子级联激光器从结构上来说，可以分为分布反馈（DistributedFeedback）QCL，F-P（Fabry-Perot）QCL和外腔（ExternalCavity）QCL。量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势：1：可以提供超宽的光谱范围（midIRtoTHz）。2：极好的波长可调谐性。3：很高的输出功率，同时也可以工作在室温环境下。目前国际上已研制出～19μm中远红外量子级联激光器系统。随着技术的进步，目前量子级联激光器不但能以脉冲的方式工作，而且可以在连续工作的方式输出大功率激光。激光模块将QC激光器装进一个气密性封装内，比较大限度的保护了激光器的性能和寿命。 提供从QCL光源、MCT探测器等模块组件，再到激光气体分析系统的全套解决方案。海南定制QCL激光器型号

TDLAS利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流变化，对分子的单个或几个相近的吸收线进行测量。江西甲烷QCL激光器

    量子级联激光器是基于多个量子阱异质结中掩埋次能级跃迁的单极半导体注入激光器，它们是通过能带工程并通过分子束外延生长方法得到的。QCL激光器的输出波长依赖于量子阱和作用区掩埋层的厚度而不是激光材料的能级。由于QCL输出波长不受带隙宽度的限制，因而能够被制成在中红外波长区较宽范围里输出。QCL的输出波长区可以从µm到60µm，激光输出功率可以达到几个mW。QCL在脉冲工作方式下可以工作在室温下，并且已经被用于痕量气体的光谱检测，但由于脉冲激光固有特点使其线宽相对较宽。虽然单模连续输出DFB－QCL已早有报道，但到目前为止，还没有痕量气体检测的报道。鉴于目前中红外光谱区传统激光技术存在的需要低温制冷等限制，利用技术成熟的近红外激光光源的参量频率转换实现室温下连续波中红外相干光源输出是一个有效的补充。在中红外光谱相干光输出的参量过程主要有光参量振荡（OPO）和差频变换（DFG）。 江西甲烷QCL激光器

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