1994年4月,貝爾實驗室在《科學》上報道了***個子帶間量子級聯激光器。帶間級聯和量子級聯激光器的研究都源于早期對于半導體超晶格的研究以及通過子帶間躍遷實現激光器的探索。在帶間級聯激光器提出的2~3年內,空穴注入區就已經提出并加入到了帶間級聯激光器的結構中。同時,W型二類量子阱的概念也被提出,并取代了原先的單邊型的二類量子阱。空穴注入區和W型有源區的設計直到***也一直被采用。1997年,由休斯頓大學和桑迪亞國家實驗室合作完成的***臺可達170K低溫工作的帶間級聯激光器被報道出來,此后,對于二類量子阱的研究也取得了一定進展,而帶間級聯激光器也在1998~2000年工作溫度逐漸提升至250~286K,微分量子效率超過了傳統極限的100%,從而證實了級聯過程。里程碑式的突破是在2002年,研究人員Yang等實現了***臺室溫脈沖激射的帶間級聯激光器,由18個周期構成。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區域。因此用中紅外激光器探測甲烷氣體非常有益。云南N2OQCL激光器價格
可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現比較高的選擇性,分析一般在低壓下進行,這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的,現在已經發展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監測技術。具有高靈敏度、實時、動態、多組分同時測量的優點。由于半導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行測量,避免了不同分子光譜的交叉干擾,從而準確的鑒別出待測氣體。可調諧紅外激光光譜技術獨特的優勢以及在許多領域有著潛在的重要應用價值,是近年來非常熱門的研究領域之一。可調諧半導體激光器,目前常用于TDLAS技術的可調諧半導體激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反饋式(DistributedFeedback)半導體激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面發射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔調諧半導體激光器。 青海國產QCL激光器中紅外QCL用于燃氣管網巡檢中,解決巡檢效率低、氣體檢測準確度低、受環境影響大、智能化程度低等問題。
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。
紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和非分散紅外光譜(NDIR)技術,以及紅外激光光譜技術。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比,紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源,具有更高的光譜分辨率,不需要使用額外的分光部件,易于實現儀器的小型化。另外,高功率密度激光光源更方便實現長光程檢測。紅外激光光譜學依據波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在-μm的近紅外區,相應于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數比中紅外的基頻吸收要弱得多,一般要低2-3數量級。盡管如此,由III-V族化合物制成的半導體激光由于在通信和電子工業元件方面的廣泛應用,其價格相對便宜,質量、性能和輸出功率都相當優越,且在接近室溫工作,使其在一些濃度較高或對靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監測中得到了很好的應用,足以達到ppm的檢測水平,甚至到達ppb的水平,接近中紅外光譜系統檢測靈敏度的1-10%。 激光氣體分析被用于各種氣體檢測研究。高精度和靈敏度使其成為研究氣體環境科學和物理化學性質的理想設備。
除了氣體檢測外,帶間級聯激光器也可用于***領域中。紅外半導體激光器由于體積小、效率高、易調制、環境適應強等優點在***領域得到了廣泛應用。紅外制導導彈已經從***代紅外尋的制導向第四代3~5μm中紅外波段凝視成像制導發展,該技術**提高了紅外制導導彈的靈敏度和抗干擾能力,使其獲得了更遠的攻擊距離。此外,中紅外波段還可以應用于工業過程控制、臨床呼吸診斷、紅外景象投影、醫學醫療和化學生物威脅探測等領域中;還可以作為光發射機進行通信,實現自由空間內的信息傳輸。目前,可以實現中紅外波段激光器的主要技術手段包括一類(type-Ⅰ)量子阱(QW)銻化鎵(GaSb)基的激光器及其形成的一類級聯量子阱激光器。此外還有目前在長波紅外和太赫茲波段非常熱門的量子級聯激光器。本文重點介紹帶間級聯激光器。 中紅外光譜是分子的基頻吸收區,對痕量氣體具有極高的敏感度,這使得它成為溫室氣體監測的理想選擇。廣東甲烷QCL激光器批發
紅外氣體傳感器是通過測量被測氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來計算濃度的。云南N2OQCL激光器價格
在環境污染分子的監測分析中,典型的應用有、、。近紅外光譜的一個優點是壓力加寬不是一個很大的問題,因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點是有許多分子在該譜區沒有吸收,雖然在測量復雜混合物時,這也許是一個優點。中紅外波段工作在3-13μm的“指紋”區,是氣體分子基帶吸收。這個波段分子吸收線的強度比近紅外波段要大幾個量級。如:CH4在,理論檢測下限可達;CO在,理論檢測可達。通常分子在這個波段的振動和轉動光譜譜線非常豐富密集,典型的光譜線寬約為2×10-3cm-1(~60MHz)。中紅外波段激光光譜技術目前主要受到激光光源的限制,但近幾年來,隨著紅外激光技術的發展和新型中紅外相干光源技術的發展,在中紅外波段進***體分子的超高靈敏檢測技術有了長足的進步。 云南N2OQCL激光器價格