在現(xiàn)代民用領(lǐng)域,QCL激光器(量子級(jí)聯(lián)激光器)作為紅外對(duì)抗系統(tǒng)的重要組成部分,正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及對(duì)安全和效率的日益重視,QCL激光器在紅外對(duì)抗中的應(yīng)用案例層出不窮,展現(xiàn)出其的性能和的適用性。以某國(guó)家的防空系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)在面對(duì)敵方導(dǎo)彈威脅時(shí),采用了QCL激光器紅外對(duì)抗技術(shù)。這一技術(shù)通過精確發(fā)射特定波長(zhǎng)的激光,成功地干擾了敵方導(dǎo)彈的紅外尋的系統(tǒng),顯著提高了防空能力。通過這種方式,防空系統(tǒng)不僅能夠有效保護(hù)關(guān)鍵設(shè)施的安全,還能夠降低潛在的經(jīng)濟(jì)損失。這一成功應(yīng)用案例展示了QCL激光器在實(shí)際戰(zhàn)斗環(huán)境中的高效性和實(shí)用性,同時(shí)也反映了現(xiàn)代中科技應(yīng)用的重要性。 QCL在高靈敏檢測(cè)方面具備天然的優(yōu)勢(shì),可能成為呼吸氣體分析技術(shù)領(lǐng)域瓶頸的可靠解決方案。江蘇新型QCL激光器報(bào)價(jià)
中遠(yuǎn)紅外波段包含了兩個(gè)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(gè)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(cè)系統(tǒng),具有體積小、檢測(cè)速度快、精確度高等特點(diǎn),可以廣泛的應(yīng)用在環(huán)境檢測(cè)、痕量氣體檢測(cè)、醫(yī)療診斷等方面,基于QCL的氣體檢測(cè)系統(tǒng)是QCL重要的應(yīng)用之一,如氣體檢測(cè)系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)技術(shù)(電化學(xué)檢測(cè)、氣相色譜分析、紅外LED),量子級(jí)聯(lián)激光器在氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)如下:1、量子級(jí)聯(lián)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(xì)結(jié)構(gòu),因此基于量子級(jí)聯(lián)激光器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測(cè)方法,而且系統(tǒng)中不需要分光器件,可以通過調(diào)諧QCL的波長(zhǎng),就可在光電探測(cè)器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質(zhì)量好,其出射光的發(fā)散角小,可以利用光的反射來設(shè)計(jì)光學(xué)長(zhǎng)程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程,進(jìn)而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度,這對(duì)于低濃度的氣體檢測(cè)十分有效。 山西二氧化碳QCL激光器加工分布式反饋激光二極管(DFB-LD)檢測(cè)某種氣體,該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長(zhǎng)。
帶間級(jí)聯(lián)激光器(ICL)是實(shí)現(xiàn)3~5μm波段中紅外激光器的重要前沿,其在半導(dǎo)體光電器件技術(shù)、氣體檢測(cè)、醫(yī)學(xué)醫(yī)療以及自由空間光通信等領(lǐng)域具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。近年來,半導(dǎo)體帶間級(jí)聯(lián)激光器的量子阱能帶理論設(shè)計(jì)方法和激光器制備**技術(shù)得到迅速提升。帶間級(jí)聯(lián)激光器是一種以?族體系為主,通過量子工程的能帶設(shè)計(jì)及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結(jié)合了傳統(tǒng)的量子阱激光器較長(zhǎng)的上能級(jí)載流子復(fù)合壽命,以及量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)通過級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較高內(nèi)量子效率的優(yōu)點(diǎn),在中紅外波段具有較大的優(yōu)勢(shì)。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰,對(duì)于氣體分子而言,在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區(qū)的中心吸收截面高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此,為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測(cè)限,利用中紅外的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器吸收光譜技術(shù)(TDLAS)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊或有毒氣體的檢測(cè)。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示,諸如礦井氣體甲烷(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,氯化氫(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氫(HBr)分子吸收峰位于4020nm。
1994年4月,貝爾實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》上報(bào)道了***個(gè)子帶間量子級(jí)聯(lián)激光器。帶間級(jí)聯(lián)和量子級(jí)聯(lián)激光器的研究都源于早期對(duì)于半導(dǎo)體超晶格的研究以及通過子帶間躍遷實(shí)現(xiàn)激光器的探索。在帶間級(jí)聯(lián)激光器提出的2~3年內(nèi),空穴注入?yún)^(qū)就已經(jīng)提出并加入到了帶間級(jí)聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)中。同時(shí),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??昭ㄗ⑷?yún)^(qū)和W型有源區(qū)的設(shè)計(jì)直到***也一直被采用。1997年,由休斯頓大學(xué)和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作完成的***臺(tái)可達(dá)170K低溫工作的帶間級(jí)聯(lián)激光器被報(bào)道出來,此后,對(duì)于二類量子阱的研究也取得了一定進(jìn)展,而帶間級(jí)聯(lián)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(tǒng)極限的100%,從而證實(shí)了級(jí)聯(lián)過程。里程碑式的突破是在2002年,研究人員Yang等實(shí)現(xiàn)了***臺(tái)室溫脈沖激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器,由18個(gè)周期構(gòu)成。 利用QCL作為光源則在很大程度上擴(kuò)展了可探測(cè)波段,也在一定程度上提高了探測(cè)極限。
量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser)是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠(yuǎn)紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器。它是由貝爾實(shí)驗(yàn)室于1994年率先實(shí)現(xiàn)。隨著量子級(jí)聯(lián)激光器技術(shù)的日趨成熟,它開始被較多地應(yīng)用于科學(xué)和工程研究。由于其明顯優(yōu)勢(shì),在氣體檢測(cè)領(lǐng)域得到了迅速推廣。基于量子級(jí)聯(lián)激光器的紅外光譜氣體檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn),特別是在高精度光譜檢測(cè)方面所具有的明顯優(yōu)勢(shì),使其成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumcascadeLaser,QCL)是基于半導(dǎo)體耦合量子阱子帶(一般為導(dǎo)帶)間的電子躍遷所產(chǎn)生的一種單極性光源。量子(quantum)指的是通過調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級(jí)間距,實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)的“裁剪”,另外也指器件的尺寸較小。級(jí)聯(lián)(cascade)的意思是有源區(qū)中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入,一級(jí)接一級(jí)串聯(lián)在一起。激光器(Laser)是指產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的光源。量子級(jí)聯(lián)激光器的波長(zhǎng)可以覆蓋在、通信、氣體檢測(cè)等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值的中遠(yuǎn)紅外波段。 光譜技術(shù)在氣體檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術(shù)。吉林氣體檢測(cè)QCL激光器多少錢
在材料科學(xué)領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于精確控制材料的加工和改性過程。江蘇新型QCL激光器報(bào)價(jià)
量子級(jí)聯(lián)激光器輸出功率較高圖3量子級(jí)聯(lián)激光器有源區(qū)工作示意圖(兩個(gè)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(cè)應(yīng)用中會(huì)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(yīng)用場(chǎng)景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結(jié)于其本身的有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其電子利用效率較高。內(nèi)量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對(duì)數(shù)能夠產(chǎn)生的光子數(shù)多少。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖,電子流通過一系列的子帶和微帶,實(shí)現(xiàn)子帶中的上能級(jí)電子的集聚,之后迅速躍遷到下能級(jí)并產(chǎn)生光子,之后注入?yún)^(qū)再重復(fù)利用電子流,使之進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。理論上一個(gè)電子可以產(chǎn)生與有源區(qū)級(jí)數(shù)相同的光子數(shù),從而內(nèi)量子效率較高,輸出的功率也就越大。而常規(guī)的半導(dǎo)體激光器中,一個(gè)電子在與空穴相遇后輻射出一個(gè)光子??墒覝毓ぷ髟S多應(yīng)用中需要激光器能室溫工作(室溫脈沖或室溫連續(xù)工作)。器件低溫工作時(shí)需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中,將增大系統(tǒng)體積,而且不利于激光器的光束整形。而常規(guī)半導(dǎo)體激光器中電子和空穴的分布對(duì)溫度十分敏感,在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。 江蘇新型QCL激光器報(bào)價(jià)