相比較與其它激光器,量子級(jí)聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)如下:1)中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段出射;在QCL發(fā)明之前,半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)主要在可見光和近紅外波段,當(dāng)我們需要使用中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光時(shí),半導(dǎo)體激光器對(duì)此則有些無(wú)能為力,不同體系激光器激射波長(zhǎng)范圍如圖3。QCL的發(fā)明,使得半導(dǎo)體激光器也能激射出中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發(fā)光范圍[15]2)寬波長(zhǎng)范圍;QCL激射波長(zhǎng)取決于子帶間能量差,可以通過設(shè)計(jì)量子阱層厚度來實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)控制,所以量子級(jí)聯(lián)激光器的激射波長(zhǎng)范圍極寬(約3-250μm),并且可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)特定波長(zhǎng)的激光輸出。3)體積?。籕CL相比其它激光器如:一氧化碳激光器(激射波長(zhǎng)為4-5μm)和二氧化碳激光器(激射波長(zhǎng)為μm),具有體積小、重量輕的特點(diǎn),其攜帶方便,便于系統(tǒng)化和集成化。4)單極型結(jié)構(gòu);傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器為雙極型,其出光原理依靠的是p-n結(jié)中導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴復(fù)合所產(chǎn)生的受激輻射,而QCL全程只有電子參與,空穴并未參與輻射發(fā)光過程,所以量子級(jí)聯(lián)激光器為單極型激光器,且其出射的激光具有很好的單向偏振性。5)高的電子利用效率;因?yàn)镼CL所獨(dú)特的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后,并沒有湮滅。 在光譜學(xué)領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于精確測(cè)量物質(zhì)的光譜特性;上海N2OQCL激光器多少錢
痕量氣體檢測(cè)對(duì)于很多領(lǐng)域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過程監(jiān)測(cè)、燃燒流場(chǎng)診斷、人體呼吸氣體檢測(cè)等等。而紅外光譜為分子的振動(dòng)躍遷光譜,因此在檢測(cè)技術(shù)中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關(guān)注的主流方法之一。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率、可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)光程檢測(cè)、不需要額外分光部件,儀器能夠進(jìn)一步小型化等等優(yōu)點(diǎn)。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個(gè)波段。相對(duì)于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外要大幾個(gè)量級(jí)。比如,CH4在3.3um處的吸收強(qiáng)度,是其在1.6um處的163倍,理論檢測(cè)下限可達(dá)0.9ppb/m。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測(cè)。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測(cè)中,有很好的應(yīng)用。 北京H2OQCL激光器加工可調(diào)諧激光器以其獨(dú)特的波長(zhǎng)可調(diào)諧特性,成為了現(xiàn)代激光科技的重要支柱。
在當(dāng)今高科技迅猛發(fā)展的時(shí)代,量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL激光器)憑借其性能,越來越受到氣體檢測(cè)領(lǐng)域的關(guān)注。作為一種高靈敏度的激光器,QCL激光器能夠在極低濃度的氣體環(huán)境下進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè),為環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)支持。這一特性使得QCL激光器成為氣體分析的工具,尤其在安全監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域,其應(yīng)用價(jià)值不可小覷。QCL激光器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)大的選擇性。與其他類型的激光器相比,QCL激光器能夠有效地區(qū)分不同氣體分子的吸收特性。這意味著在復(fù)雜的氣體混合環(huán)境中,QCL激光器能夠精確識(shí)別特定氣體的存在,從而減少誤報(bào)的可能性,極大地提高了檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。這種選擇性不僅提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)也為客戶帶來了更高的滿意度。
波長(zhǎng)覆蓋范圍寬量子級(jí)聯(lián)激光器從波長(zhǎng)設(shè)計(jì)原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同,常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長(zhǎng)受限于材料自身的禁帶寬度,而QCL的激射波長(zhǎng)是由導(dǎo)帶中子帶間的能級(jí)間距決定的,可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級(jí)間距,從而改變QCL的激射波長(zhǎng)。從理論上講,QCL可以覆蓋中遠(yuǎn)紅外到THz波段。[2]單個(gè)激光器激射波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)諧對(duì)于各種氣體的檢測(cè),需要激光器的波長(zhǎng)精確平滑地從一個(gè)波長(zhǎng)調(diào)諧到另一個(gè)波長(zhǎng)。對(duì)于特定氣體的檢測(cè),波長(zhǎng)更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線,也稱為分子“指紋”。另外,通過波長(zhǎng)調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線,可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。單個(gè)激光器的激射波長(zhǎng)可以通過改變溫度和工作電流進(jìn)行調(diào)諧,已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度,得到波長(zhǎng)9μm激光器中心頻率,約為10cm-1。而使用外置光柵,可以得到更寬的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍。 在信息處理和通信領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于構(gòu)建高效的光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò);
QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。增益介質(zhì)顯示為灰色,波長(zhǎng)選擇機(jī)制為藍(lán)色,鍍膜面為橙色,輸出光束為紅色。1.簡(jiǎn)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(zhǎng)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。 基于光譜學(xué)原理的氣體檢測(cè)技術(shù),有非接觸、快響應(yīng)、高靈敏、大范圍監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn),是監(jiān)測(cè)技術(shù)的主流研究方向。吉林半導(dǎo)體QCL激光器定制
QCL由二次諧波從而對(duì)污染氣體進(jìn)行定性或者定量分析,具有高分辨率、高靈敏度以及響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。上海N2OQCL激光器多少錢
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。 上海N2OQCL激光器多少錢