廣西半導體QCL激光器工廠

    復雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間、時間尺度的濃度監(jiān)測是了解溫室氣體源與匯的基礎。目前適應生態(tài)環(huán)境溫室氣體長期連續(xù)監(jiān)測的技術手段仍有待研究。可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術,具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點,與目前新興的中紅外量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結合,可實現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測量,進一步提高檢測靈敏度,達到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測需求。激光氣體分析利用激光光譜技術，通過氣體對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、快速響應和非接觸式檢測的特點，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)療與生命科學以及科研實驗室等多個領域中得到了廣泛應用。 量子級聯(lián)激光器是一種新型半導體激光器，體積小、壽命長等特點，其工作原理卻和傳統(tǒng)半導體激光器截然不同。廣西半導體QCL激光器工廠

    閾值電流密度較低帶間躍遷和子帶間躍遷示意圖常規(guī)半導體激光器是雙極性器件，導帶中的電子與價帶中的空穴復合生成光子，而量子級聯(lián)激光器是單極性器件，只靠導帶中子帶間電子的躍遷產(chǎn)生光子，如圖4所示，電子躍遷的始態(tài)與終態(tài)的曲線的曲率相同，這樣形成的增益譜很窄而且對稱，是量子級聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個原因。當然，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設計，材料生長以及器件結構有關。尺寸較小圖5量子級聯(lián)激光器實物圖量子級聯(lián)激光器的尺寸較小，如圖5所示，量子級聯(lián)激光器管芯的長度一般為3mm，隨著激光器性能提高，可以將其封裝在方盒內(nèi)，從而方便地移動和操作。量子級聯(lián)激光器的工作溫度、輸出性能和波長覆蓋范圍在過去的20年取得了迅猛發(fā)展。其中，有兩個里程碑，一個是1997年室溫工作的分布反饋量子級聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功，實現(xiàn)了波長為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作，其中μm的激光器300K時峰值功率為60mW；另一個是2002年實現(xiàn)了波長為μm量子級聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作，器件在292K時輸出功率為17mW，比較高連續(xù)工作溫度為321K。 四川標準QCL激光器價格TDLAS技術有高效、選擇高、響應快、適應性強等優(yōu)點，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數(shù)的重要手段。

    隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類對于大自然的干擾和對環(huán)境的破壞愈發(fā)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(xiàn)象頻發(fā)，都嚴重的影響著人們的生存環(huán)境。各國科學家對環(huán)境監(jiān)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(lián)激光器搭建了開路式氣體檢測系統(tǒng)，對北京進行了空氣質量評估?！癏IPPO”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(yè)監(jiān)控在石油化工、金屬冶煉、礦山開采等行業(yè)生產(chǎn)過程中，通過檢測產(chǎn)生的相應氣體的濃度可以進行進程監(jiān)控，也可以監(jiān)控泄露危險氣體的濃度，以保障生產(chǎn)安全，已有技術采用μmQCL對工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的NO氣體進行實時檢測，并使用μm的脈沖QCL對物產(chǎn)生的氣體進行光學檢測。醫(yī)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(xiàn)異常。

    1994年4月，貝爾實驗室在《科學》上報道了***個子帶間量子級聯(lián)激光器。帶間級聯(lián)和量子級聯(lián)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(xiàn)激光器的探索。在帶間級聯(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聯(lián)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?yún)^(qū)和W型有源區(qū)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(lián)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(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%，從而證實了級聯(lián)過程。里程碑式的突破是在2002年，研究人員Yang等實現(xiàn)了***臺室溫脈沖激射的帶間級聯(lián)激光器，由18個周期構成。 QCL的光束質量好，可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，提高系統(tǒng)的靈敏度。

    激光器的發(fā)展里程碑如下：1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器，1962年發(fā)明的雙極型半導體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器（QCL）是激光領域的三個重大性里程碑。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，其發(fā)光波長由半導體能隙來決定，填補了半導體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導體異質結薄層內(nèi)由量子限制效應引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉，從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此，量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次和里程碑。 中紅外QCL-TDLAS在氣體檢測中具有高靈敏度、高分辨率及快速響應等優(yōu)點。四川標準QCL激光器價格

TDLAS能實現(xiàn)"原位、連續(xù)、實時測量"，環(huán)境適應力強，易于設備的小型化。廣西半導體QCL激光器工廠

    常見的溫室氣體光譜學檢測技術主要包括非分散紅外光譜技術（NDIR）、傅立葉變換光譜技術（FTIR）、差分光學吸收光譜技術（DOAS）、差分吸收激光雷達技術（DIAL）、可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）、離軸積分腔輸出光譜技術（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術（CRDS）、激光外差光譜技術（LHS）、空間外差光譜技術（SHS）等。其中，NDIR技術利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關系，進行溫室氣體反演，具有結構簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點，但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術通過測量紅外光的干涉圖，并對干涉圖進行傅立葉積分變換，從而獲得被測氣體紅外吸收光譜，能夠實現(xiàn)多種組分同時監(jiān)測，適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測，儀器系統(tǒng)較為復雜，價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術，能夠實現(xiàn)多氣體組分探測，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術是一種利用氣體分子后向散射效應對氣體遙感探測的光譜技術，具有高精度、遠距離、高空間分辨等優(yōu)點，系統(tǒng)較為復雜，成本較高。TDLAS技術利用窄線寬的可調諧激光光源，完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。廣西半導體QCL激光器工廠