北京甲烷QCL激光器公司

    作为半导体激光技术发展的里程碑，量子级联激光器（QCL）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，为气体分析等中红外应用提供了新型光源，因此QCL日益受到关注。尤其是近10年，越来越多的科研人员开始研究QCL在气体检测方面的应用，使得它的优势和潜力被更多的认识和挖掘。中远红外量子级联激光器（QCL）众所周知，QCL属于新一代半导体激光器，它的特性不同于传统半导体激光器。用中科院半导体所刘峰奇研究员的“两层含义”解释，应该更加形象。首先是量子含义，是指激光器由纳米级厚度的半导体异质结超薄层构成，利用量子限制效应，通过调节每层材料的厚度和子带间距，从而调节波长；其次是级联含义，它的有源区由多级耦合量子阱串接组成，可实现单电子注入的倍增光子输出，可望获得大功率，而普通的半导体激光器是利用电子空穴对的复合发射光子，这是普通激光器不具备的一个性能。 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。北京甲烷QCL激光器公司

    QCL激光器的基本结构包括FP-QCL（上图）、DFB-QCL（中图）和ECqcL（下图）。增益介质显示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。1.**简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过**大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 陕西国产QCL激光器封装中红外QCL用于燃气管网巡检中，解决巡检效率低、气体检测准确度低、受环境影响大、智能化程度低等问题。

    带间级联激光器（ICL）是实现3～5μm波段中红外激光器的重要前沿，其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。近年来，半导体带间级联激光器的量子阱能带理论设计方法和激光器制备**技术得到迅速提升。带间级联激光器是一种以Å族体系为主，通过量子工程的能带设计及其材料外延、工艺制作而成的可以工作于中红外波段的激光器。由于结合了传统的量子阱激光器较长的上能级载流子复合寿命，以及量子级联激光器（QCL）通过级联结构实现较高内量子效率的优点，在中红外波段具有较大的优势。研究背景中红外波段包含了许多气体分子的吸收峰，对于气体分子而言，在中红外波段的中心吸收截面一般比其在近红外区的中心吸收截面高几个数量级。因此，为了获得更高的灵敏度和更低的检测限，利用中红外的可调谐半导体激光器吸收光谱技术（TDLAS）可以实现对特殊或有毒气体的检测。常见的位于中红外波段的气体分子如图1所示，诸如矿井气体甲烷（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，氯化氢（HCl）分子吸收峰位于3395nm，溴化氢（HBr）分子吸收峰位于4020nm。

    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。 可调谐激光器以其独特的波长可调谐特性，成为了现代激光科技的重要支柱。

    在环境污染分子的监测分析中，典型的应用有、、。近红外光谱的一个优点是压力加宽不是一个很大的问题，因此可以在近大气压或开放光程工作。缺点是有许多分子在该谱区没有吸收，虽然在测量复杂混合物时，这也许是一个优点。中红外波段工作在3－13μm的“指纹”区，是气体分子基带吸收。这个波段分子吸收线的强度比近红外波段要大几个量级。如：CH4在，理论检测下限可达；CO在，理论检测可达。通常分子在这个波段的振动和转动光谱谱线非常丰富密集，典型的光谱线宽约为2×10－3cm－1（~60MHz）。中红外波段激光光谱技术目前主要受到激光光源的限制，但近几年来，随着红外激光技术的发展和新型中红外相干光源技术的发展，在中红外波段进***体分子的超高灵敏检测技术有了长足的进步。 基于光谱学原理的气体检测技术，有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点，是监测技术的主流研究方向。气体检测QCL激光器报价

QCL有着非常重要的用途，高精度痕量气体传感、自由空间光通信、定向红外干扰等。北京甲烷QCL激光器公司

    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变革性里程碑。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变革和里程碑。 北京甲烷QCL激光器公司