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。 QCL則將范圍拓展到了中遠紅外波段,使其在氣體檢測、空間通訊等方面得到了越來越多的應用。浙江SF6QCL激光器多少錢
隨著經濟的發展,人類對于大自然的干擾和對環境的破壞愈發嚴重,無論是酸雨等氣候災害、亦或是全球氣候變暖、還是霧霾現象頻發,都嚴重的影響著人們的生存環境。各國科學家對環境監控都十分重視。2008年,正值北京奧運會舉辦之際,美國普林斯頓科研小組利用量子級聯激光器搭建了開路式氣體檢測系統,對北京進行了空氣質量評估。“HIPPO”項目(由美國國家科學基金會(NSF)和美國國家海洋和大氣局(NOAA)支持)和“CalNEX”項目(由美國加州空氣資源局(CARB)和NOAA支持)正在開展溫室氣體的相關研究工作。[2]工業監控在石油化工、金屬冶煉、礦山開采等行業生產過程中,通過檢測產生的相應氣體的濃度可以進行進程監控,也可以監控泄露危險氣體的濃度,以保障生產安全,已有技術采用μmQCL對工業燃燒排氣系統中產生的NO氣體進行實時檢測,并使用μm的脈沖QCL對物產生的氣體進行光學檢測。醫學應用有的疾病會造成人類呼出氣體成分的異常升高,通過對呼出氣體的種類和濃度進行準確的分析,可以對臨床診斷和提供有價值的參考,而且不必因為使用CT等儀器而引入過多的輻射。例如,患有糖尿病、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會出現異常。 甘肅制造QCL激光器供應商DFB激光器同時提供對波長的平滑、可調諧控制以及精確光纖通信和光譜應用所需的極窄光譜寬度。
當紅外輻射的能量與氣體分子振動躍遷所需的能量相匹配時,氣體分子會吸收特定波長的紅外光,導致透過光的強度減弱,從而形成特征吸收峰。輻射光子的能量與分子振動躍遷的能量差相等。l分子振動伴隨偶極矩的變化(紅外活性)。分子在紅外光譜中表現出基頻、倍頻和組合頻吸收峰。l每種氣體分子具有獨特的紅外吸收譜帶,這種特征吸收峰可以用來識別氣體種類。絕大多數氣態化學物質在中紅外光譜區(≈2-25μm)都顯示出基本的振動吸收帶,這些基本帶對光的吸收提供了一種幾乎通用的檢測手段。光學技術的主要特征是對痕量氣體的非侵入式原位檢測能力。目前中紅外激光在定量痕量氣體檢測中的應用必將代替近紅外成為下一代高精度的選擇。進入21世紀全球環境問題日益突出,各國都在在努力減少溫室氣體排放。二氧化碳(CO2)通常被稱為溫室氣體,但其他使全球環境惡化的氣體還包括二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)。此外,在氣體泄漏檢測和性氣體的集中監控是預防災難中激光法可以采取有效報警措施從而可以避免風險于災難之前。激光吸收光譜法是檢測微量氣體的方法之一。它使用分布式反饋激光二極管(DFB-LD)檢測某種氣體,該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。
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。 在光譜學領域,可調諧激光器可以用于精確測量物質的光譜特性;
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%。 基于光譜學原理的氣體檢測技術,有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監測等優點,是監測技術的主流研究方向。吉林二氧化碳QCL激光器批發
TDLAS:當激光波長與待測氣體分子的吸收線匹配時,分子會吸收部分能量,透射光強度的變化,計算氣體濃度。浙江SF6QCL激光器多少錢
量子級聯激光器是基于多個量子阱異質結中掩埋次能級躍遷的單極半導體注入激光器,它們是通過能帶工程并通過分子束外延生長方法得到的。QCL激光器的輸出波長依賴于量子阱和作用區掩埋層的厚度而不是激光材料的能級。由于QCL輸出波長不受帶隙寬度的限制,因而能夠被制成在中紅外波長區較寬范圍里輸出。QCL的輸出波長區可以從μm到60μm,激光輸出功率可以達到幾個mW。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下,并且已經被用于痕量氣體的光譜檢測,但由于脈沖激光固有特點使其線寬相對較寬。雖然單模連續輸出DFB-QCL已早有報道,但到目前為止,還沒有痕量氣體檢測的報道。鑒于目前中紅外光譜區傳統激光技術存在的需要低溫制冷等限制,利用技術成熟的近紅外激光光源的參量頻率轉換實現室溫下連續波中紅外相干光源輸出是一個有效的補充。在中紅外光譜相干光輸出的參量過程主要有光參量振蕩(OPO)和差頻變換(DFG)。 浙江SF6QCL激光器多少錢