內(nèi)蒙古氣體檢測(cè)QCL激光器封裝

    作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑，量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源，因此QCL日益受到關(guān)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(cè)方面的應(yīng)用，使得它的優(yōu)勢(shì)和潛力被更多的認(rèn)識(shí)和挖掘。中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應(yīng)該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成，利用量子限制效應(yīng)，通過調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調(diào)節(jié)波長(zhǎng)；其次是級(jí)聯(lián)含義，它的有源區(qū)由多級(jí)耦合量子阱串接組成，可實(shí)現(xiàn)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(dǎo)體激光器是利用電子空穴對(duì)的復(fù)合發(fā)射光子，這是普通激光器不具備的一個(gè)性能。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域。因此用中紅外激光器探測(cè)甲烷氣體非常有益。內(nèi)蒙古氣體檢測(cè)QCL激光器封裝

    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?；诹孔蛹?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。 湖南NH3QCL激光器封裝中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測(cè)技術(shù)有 ppb 級(jí)超高靈敏度、超大檢測(cè)范圍、高選擇性、實(shí)用性強(qiáng)，易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。

    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。可室溫工作許多應(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。

    基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以其高靈敏度、高分辨率及實(shí)時(shí)響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本研究首先解析了TDLAS技術(shù)的基本原理，明確了其在氨逃逸檢測(cè)中的獨(dú)特作用機(jī)制，進(jìn)而設(shè)計(jì)了包含穩(wěn)定系統(tǒng)架構(gòu)與精細(xì)功能模塊劃分的氨逃逸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，通過精心挑選的硬件組件與優(yōu)化的軟件算法，確保了系統(tǒng)的高效運(yùn)行與準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。隨后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了的性能測(cè)試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確記錄氨逃逸數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護(hù)與工業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用案例，也為氨逃逸監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路與方向。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用的持續(xù)拓展，TDLAS技術(shù)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的整體發(fā)展。 在大氣污染監(jiān)控中，QCL能夠準(zhǔn)確檢測(cè)大氣中的微量成分，為環(huán)境保護(hù)提供有力支持。

    中紅外溫室氣體激光器在環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣候變化研究中正發(fā)揮著越來越關(guān)鍵的作用，隨著全球?qū)厥覛怏w減排的日益重視，市場(chǎng)對(duì)高效、精確的氣體檢測(cè)設(shè)備的需求也在不斷攀升。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為這一領(lǐng)域不可或缺的重要工具。首先，這種激光器能夠精確檢測(cè)諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體，其高靈敏度和選擇性使其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)排放評(píng)估以及城市空氣質(zhì)量檢測(cè)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。各國(guó)和企業(yè)逐步加強(qiáng)對(duì)溫室氣體排放的監(jiān)管，推動(dòng)了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應(yīng)用，比如在城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，這些激光器可以實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)，使得相關(guān)部門能夠及時(shí)采取措施，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)民眾的健康。其次，技術(shù)的不斷進(jìn)步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來，激光技術(shù)的創(chuàng)新使得這些設(shè)備在體積、功耗和成本方面得到了改善。例如，采用新型材料和工藝，使得激光器的體積更加小巧，便于攜帶和部署，同時(shí)降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。這一趨勢(shì)不僅降低了使用門檻，也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用，滿足市場(chǎng)對(duì)靈活性和便攜性的需求，甚至可以應(yīng)用于野外勘測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合。 TDLAS技術(shù)有高效、選擇高、響應(yīng)快、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數(shù)的重要手段。內(nèi)蒙古氣體檢測(cè)QCL激光器封裝

在工業(yè)污染分析中，QCL的快速響應(yīng)和高靈敏度使其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙塵顆粒的組成和濃度。內(nèi)蒙古氣體檢測(cè)QCL激光器封裝

    大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長(zhǎng)在－μm范圍，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長(zhǎng)位于－25μm范圍，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強(qiáng)度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測(cè)。針對(duì)目前溫室氣體多目標(biāo)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)需求，研究人員開展了不同形式的探測(cè)方法研究，主要包括地面探測(cè)、地基探測(cè)、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè)，綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、光譜信號(hào)采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時(shí)空分辨觀測(cè)。 內(nèi)蒙古氣體檢測(cè)QCL激光器封裝