量子級聯激光器輸出功率較高圖3量子級聯激光器有源區工作示意圖(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,可以滿足更多的應用場景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結于其本身的有源區結構設計,其電子利用效率較高。內量子效率是指每秒注入有源區的電子-空穴對數能夠產生的光子數多少。圖3給出典型的QCL有源區工作示意圖,電子流通過一系列的子帶和微帶,實現子帶中的上能級電子的集聚,之后迅速躍遷到下能級并產生光子,之后注入區再重復利用電子流,使之進入下一個循環。理論上一個電子可以產生與有源區級數相同的光子數,從而內量子效率較高,輸出的功率也就越大。而常規的半導體激光器中,一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子。可室溫工作許多應用中需要激光器能室溫工作(室溫脈沖或室溫連續工作)。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中,將增大系統體積,而且不利于激光器的光束整形。而常規半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感,在長波長區域。 可調諧激光器的廣波長調諧能力和高精度控制特性,使其在多個領域具有巨大的應用潛力。重慶加工QCL激光器多少錢
相比較與其它激光器,量子級聯激光器的優點如下:1)中遠紅外和太赫茲波段出射;在QCL發明之前,半導體激光器的發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的發明,使得半導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,可以通過設計量子阱層厚度來實現波長控制,所以量子級聯激光器的激射波長范圍極寬(約3-250μm),并且可以根據實際需求設計特定波長的激光輸出。3)體積小;QCL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,便于系統化和集成化。4)單極型結構;傳統結構半導體激光器為雙極型,其出光原理依靠的是p-n結中導帶電子和價帶空穴復合所產生的受激輻射,而QCL全程只有電子參與,空穴并未參與輻射發光過程,所以量子級聯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所獨特的級聯結構,電子在參與完子帶間躍遷發光后,并沒有湮滅。 浙江甲烷QCL激光器封裝中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強,易于維護等優勢。
工農業生產、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖,研究和發展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態檢測技術是環境氣候研究的基礎和前提。基于光譜學原理的氣體檢測技術,具有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監測等優點,是目前溫室氣體監測技術的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區域、全球等尺度下的監測需求,綜合利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測,獲取溫室氣體空間分布、季節變化和年變化的特征和趨勢,這對理解區域碳排放、掌握源匯信息、研究環境氣候變化規律等具有重要意義。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三種氣體造成溫室效應的能力強,但從對全球升溫的貢獻百分比來說,CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大,它們對全球變暖的總體貢獻占到77%,濃度也呈現出逐年升高的趨勢。
中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段,很多氣體的特征吸收峰都在這個波段,如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等,還有一些人體疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段,如圖4。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測系統,具有體積小、檢測速度快、精確度高等特點,可以廣泛的應用在環境檢測、痕量氣體檢測、醫療診斷等方面,基于QCL的氣體檢測系統是QCL重要的應用之一,如氣體檢測系統如圖5。相比于傳統的氣體檢測技術(電化學檢測、氣相色譜分析、紅外LED),量子級聯激光器在氣體檢測的優勢如下:1、量子級聯激光器具有很窄的光譜線寬,可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細結構,因此基于量子級聯激光器的氣體檢測系統分辨率要遠高于其他光譜檢測方法,而且系統中不需要分光器件,可以通過調諧QCL的波長,就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質量好,其出射光的發散角小,可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統的吸收光程,進而就可以提高系統的靈敏度,這對于低濃度的氣體檢測十分有效。 TDLAS能實現"原位、連續、實時測量",環境適應力強,易于設備的小型化。
作為半導體激光技術發展的里程碑,量子級聯激光器(QCL)使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能,為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源,因此QCL日益受到關注。尤其是近10年,越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用,使得它的優勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器(QCL)眾所周知,QCL屬于新一代半導體激光器,它的特性不同于傳統半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,應該更加形象。首先是量子含義,是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成,利用量子限制效應,通過調節每層材料的厚度和子帶間距,從而調節波長;其次是級聯含義,它的有源區由多級耦合量子阱串接組成,可實現單電子注入的倍增光子輸出,可望獲得大功率,而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發射光子,這是普通激光器不具備的一個性能。 在大氣污染監控中,QCL能夠準確檢測大氣中的微量成分,為環境保護提供有力支持。湖南國產QCL激光器
在光化學和生物學領域,可調諧激光器可以用于研究分子結構和生物過程;重慶加工QCL激光器多少錢
氣體分析儀主要利用激光光譜技術,通過氣體對特定波長的激光吸收特性來檢測氣體濃度。1.激光吸收光譜原理激光吸收光譜法基于不同氣體分子對特定波長的激光具有不同的吸收特性。當激光光束穿過氣體樣品時,特定氣體分子會吸收與其吸收光譜相匹配的激光波長。通過測量吸收后的激光強度變化,可以確定氣體的濃度。2.調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下:激光光源:使用調諧半導體激光器作為光源,能夠在特定的窄波段范圍內快速調諧激光波長,精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸收過程:激光器發射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰,部分激光能量被吸收,導致光強度減弱。探測器測量:激光通過氣體后,剩余的激光光強被探測器接收。探測器將光信號轉換為電信號,測量激光強度的衰減。信號處理與濃度計算:分析儀通過計算吸收光譜的強度和形狀,使用朗伯-比爾定律(Beer-LambertLaw)來推導出氣體的濃度。TDLAS技術的高分辨率和高靈敏度使其能夠準確檢測低濃度的氣體。3.光聲光譜(PAS)光聲光譜(PhotoacousticSpectroscopy。 重慶加工QCL激光器多少錢