在气体检测领域,许多气体分子在中红外和远红外波段具有特征吸收峰。利用QCL激光器发射的特定波长激光,可以实现对这些气体的高灵敏度检测。与传统的检测方法相比,QCL激光器具有更高的选择性和灵敏度,能够检测到更低浓度的气体,为环境监测、工业安全等领域提供了有力的技术支持。在光谱分析方面,QCL激光器可以...
2002年之后,带间级联激光器在美国喷气推进实验室(JPL)取得了更加快速的发展,在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年,研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器(DFB)可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局(NASA)的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年,美国海军实验室(NRL)经过多年优化和发展,终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器,连续波**高工作温度可达319K,激射波长为μm。2011年,美国海军实验室在材料设计的基础上,又进一步提出了“载流子再平衡”的概念,解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题,通过改变电子注入区中的掺杂浓度,平衡有源区中过高的空穴浓度。之后,德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上,提出了短注入区的设计。2014年,美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度,进一步提高了带间级联激光器的器件指标,其室温连续输出功率达592mW,输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标,并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 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.青海新型QCL激光器报价
除了气体检测外,带间级联激光器也可用于***领域中。红外半导体激光器由于体积小、效率高、易调制、环境适应强等优点在***领域得到了广泛应用。红外制导导弹已经从***代红外寻的制导向第四代3~5μm中红外波段凝视成像制导发展,该技术**提高了红外制导导弹的灵敏度和抗干扰能力,使其获得了更远的攻击距离。此外,中红外波段还可以应用于工业过程控制、临床呼吸诊断、红外景象投影、医学医疗和化学生物威胁探测等领域中;还可以作为光发射机进行通信,实现自由空间内的信息传输。目前,可以实现中红外波段激光器的主要技术手段包括一类(type-Ⅰ)量子阱(QW)锑化镓(GaSb)基的激光器及其形成的一类级联量子阱激光器。此外还有目前在长波红外和太赫兹波段非常热门的量子级联激光器。本文重点介绍带间级联激光器。 青海新型QCL激光器报价可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种 具有高分辨率、高灵敏度、快速检测特点的气体检测 技术。
可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条**的气体吸收线。为了实现比较高的选择性,分析一般在低压下进行,这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的,现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。可调谐半导体激光器,目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面发射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器。
1994年4月,贝尔实验室在《科学》上报道了***个子带间量子级联激光器。带间级联和量子级联激光器的研究都源于早期对于半导体超晶格的研究以及通过子带间跃迁实现激光器的探索。在带间级联激光器提出的2~3年内,空穴注入区就已经提出并加入到了带间级联激光器的结构中。同时,W型二类量子阱的概念也被提出,并取代了原先的单边型的二类量子阱。空穴注入区和W型有源区的设计直到***也一直被采用。1997年,由休斯顿大学和桑迪亚国家实验室合作完成的***台可达170K低温工作的带间级联激光器被报道出来,此后,对于二类量子阱的研究也取得了一定进展,而带间级联激光器也在1998~2000年工作温度逐渐提升至250~286K,微分量子效率超过了传统极限的100%,从而证实了级联过程。里程碑式的突破是在2002年,研究人员Yang等实现了***台室温脉冲激射的带间级联激光器,由18个周期构成。 QCL由二次谐波从而对污染气体进行定性或者定量分析,具有高分辨率、高灵敏度以及响应时间快等特点。
随着经济的发展,人类对于大自然的干扰和对环境的破坏愈发严重,无论是酸雨等气候灾害、亦或是全球气候变暖、还是雾霾现象频发,都严重的影响着人们的生存环境。各国科学家对环境监控都十分重视。2008年,正值北京奥运会举办之际,美国普林斯顿科研小组利用量子级联激光器搭建了开路式气体检测系统,对北京进行了空气质量评估。“HIPPO”项目(由美国国家科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气局(NOAA)支持)和“CalNEX”项目(由美国加州空气资源局(CARB)和NOAA支持)正在开展温室气体的相关研究工作。[2]工业监控在石油化工、金属冶炼、矿山开采等行业生产过程中,通过检测产生的相应气体的浓度可以进行进程监控,也可以监控泄露危险气体的浓度,以保障生产安全,已有技术采用μmQCL对工业燃烧排气系统中产生的NO气体进行实时检测,并使用μm的脉冲QCL对物产生的气体进行光学检测。医学应用有的疾病会造成人类呼出气体成分的异常升高,通过对呼出气体的种类和浓度进行准确的分析,可以对临床诊断和提供有价值的参考,而且不必因为使用CT等仪器而引入过多的辐射。例如,患有糖尿病、肝脏和肾脏疾病的患者呼出的气体中NH3浓度会出现异常。 量子级联激光器窄线宽,可以获得气体分子、原子光谱线精细结构,因此在气体检测分辨率要高于其他检测方法。上海制造QCL激光器工厂
0.76~25μm 为近红外,25~30μm 为中红外,30~1000 μm为远红外。青海新型QCL激光器报价
激光器的发展里程碑如下:1960年发明的固态激光器和气体激光器,1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器(QCL)是激光领域的三个重大性里程碑。量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定,填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与,其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转,从而实现单电子注入的多光子输出,并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子"循环"起来,从而造就了一种令人惊叹的激光器。因此,量子级联激光器的发明被视为半导体激光理论的一次和里程碑。 青海新型QCL激光器报价
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