湖北NOQCL激光器封裝

    常見的溫室氣體光譜學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)（NDIR）、傅立葉變換光譜技術(shù)（FTIR）、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）、差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)（DIAL）、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）、激光外差光譜技術(shù)（LHS）、空間外差光譜技術(shù)（SHS）等。其中，NDIR技術(shù)利用氣體分子對(duì)寬帶紅外光的吸收光譜強(qiáng)度與濃度成正比的關(guān)系，進(jìn)行溫室氣體反演，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但儀器的光譜分辨率和檢測(cè)靈敏度較低。FTIR技術(shù)通過測(cè)量紅外光的干涉圖，并對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換，從而獲得被測(cè)氣體紅外吸收光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)多種組分同時(shí)監(jiān)測(cè)，適用于溫室氣體的本底、廓線和時(shí)空變化測(cè)量及其同位素探測(cè)，儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多氣體組分探測(cè)，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對(duì)氣體遙感探測(cè)的光譜技術(shù)，具有高精度、遠(yuǎn)距離、高空間分辨等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)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。DFB激光器同時(shí)提供對(duì)波長(zhǎng)的平滑、可調(diào)諧控制以及精確光纖通信和光譜應(yīng)用所需的極窄光譜寬度。湖北NOQCL激光器封裝

    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。 H2OQCL激光器定制可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)和二氧化碳檢測(cè)技術(shù)可以測(cè)得二氧化碳?xì)怏w濃度值。

    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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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。

    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(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。 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。

    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。 TDLAS利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長(zhǎng)隨注入電流變化，對(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)相近的吸收線進(jìn)行測(cè)量。吉林新型QCL激光器

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)。湖北NOQCL激光器封裝

    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。 湖北NOQCL激光器封裝