山西氨QCL激光器加工

    復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間、時(shí)間尺度的濃度監(jiān)測是了解溫室氣體源與匯的基礎(chǔ)。目前適應(yīng)生態(tài)環(huán)境溫室氣體長期連續(xù)監(jiān)測的技術(shù)手段仍有待研究。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術(shù),具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點(diǎn),與目前新興的中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測量,進(jìn)一步提高檢測靈敏度,達(dá)到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測需求。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù)，通過氣體對(duì)特定波長激光的吸收特性來檢測氣體濃度。適用于檢測具有特定吸收特性的氣體，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣。憑借其高精度、快速響應(yīng)和非接觸式檢測的特點(diǎn)，激光氣體分析儀在工業(yè)過程控制、環(huán)境監(jiān)測、安全與泄漏檢測、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 量子級(jí)聯(lián)激光器窄線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此在氣體檢測分辨率要高于其他檢測方法。山西氨QCL激光器加工

    可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)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(shí)現(xiàn)比較高的選擇性，分析一般在低壓下進(jìn)行，這時(shí)吸收線不會(huì)因?yàn)閴毫Χ訉?。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監(jiān)測技術(shù)。具有高靈敏度、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、多組分同時(shí)測量的優(yōu)點(diǎn)。由于半導(dǎo)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(jìn)行測量，避免了不同分子光譜的交叉干擾，從而準(zhǔn)確的鑒別出待測氣體?？烧{(diào)諧紅外激光光譜技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價(jià)值，是近年來非常熱門的研究領(lǐng)域之一?？烧{(diào)諧半導(dǎo)體激光器，目前常用于TDLAS技術(shù)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器包括：法珀（Fabry-Perot）激光器、分布反饋式(DistributedFeedback)半導(dǎo)體激光器、分布布喇格反射（DistributedBraggreflector）激光器、垂直腔表面發(fā)射（Vertical-cavitysurface-emitting）激光器和外腔調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。 湖北新型QCL激光器QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優(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。

    傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器，工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子，其激射波長由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制，使得半導(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對(duì)應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)體材料-鉛鹽系材料，其只能在低溫下工作(低于77K)，且輸出功率極低，為微瓦級(jí)別。為了使半導(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論，提出了量子級(jí)聯(lián)激光器的構(gòu)想。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來實(shí)現(xiàn)波長的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的特性，通過調(diào)制激光器的波長，使其掃描被測氣體分子的吸收峰，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子濃度的測量。該技術(shù)通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時(shí)被吸收的數(shù)量，具有高精度和無接觸的特點(diǎn)。調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜（TDLAS）技術(shù)是激光吸收光譜（LAS）技術(shù)的一種。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動(dòng)形式，激光吸收光譜（LAS）技術(shù)可以分為：直接吸收法和調(diào)制吸收法。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)：直接吸收法：需要鎖定激光器驅(qū)動(dòng)電流，不需加載2f諧波信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但容易受干擾，尤其是低頻干擾，所以靈敏度相對(duì)低些。調(diào)制吸收法：需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，同時(shí)需要加載2f諧波信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電流上，結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)復(fù)雜一些，成本要比直接吸收法高一些，但是靈敏度高，能夠避開低頻干擾。其中又進(jìn)一步分為波長調(diào)制類和頻率調(diào)制類，波長調(diào)制類需要更大的調(diào)諧范圍，頻率調(diào)制類需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率，技術(shù)復(fù)雜，靈敏度更高。 在環(huán)境監(jiān)控,醫(yī)學(xué)應(yīng)用等痕量氣體檢測中,要求QCL單縱模,寬調(diào)諧,高功率,低閾值,高光束質(zhì)量的工作.

    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技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)，特別是在高精度光譜檢測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)生特定波長的光源。量子級(jí)聯(lián)激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領(lǐng)域極具應(yīng)用價(jià)值的中遠(yuǎn)紅外波段。 在大氣污染監(jiān)控中，QCL能夠準(zhǔn)確檢測大氣中的微量成分，為環(huán)境保護(hù)提供有力支持。青海水QCL激光器封裝

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)具有非侵入式原位快速在線測量和遙測等的特有優(yōu)勢(shì)。山西氨QCL激光器加工

    QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機(jī)制為藍(lán)色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.**簡單的結(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結(jié)構(gòu)中，切割面為激光提供反饋，有時(shí)也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過**大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注進(jìn)電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個(gè)增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運(yùn)作。 山西氨QCL激光器加工