带间级联激光器(ICL)是实现3~5μm波段中红外激光器的重要前沿,其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。近年来,半导体带间级联激光器的量子阱能带理论设计方法和激光器制备**技术得到迅速提升。带间级联激光器是一种以?族体系为主,通过量子工程的能带设计及其材料外延、工艺制作而成的可以工作于中红外波段的激光器。由于结合了传统的量子阱激光器较长的上能级载流子复合寿命,以及量子级联激光器(QCL)通过级联结构实现较高内量子效率的优点,在中红外波段具有较大的优势。研究背景中红外波段包含了许多气体分子的吸收峰,对于气体分子而言,在中红外波段的中心吸收截面一般比其在近红外区的中心吸收截面高几个数量级。因此,为了获得更高的灵敏度和更低的检测限,利用中红外的可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)可以实现对特殊或有毒气体的检测。常见的位于中红外波段的气体分子如图1所示,诸如矿井气体甲烷(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,氯化氢(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氢(HBr)分子吸收峰位于4020nm。 在工业污染分析中,QCL的快速响应和高灵敏度使其能够实时监测烟尘颗粒的组成和浓度。西藏N2OQCL激光器供应商
QCL(量子级联激光器)激光驱动器是专门设计用于激励量子级联激光器的电子设备。QCL是一种基于半导体材料的激光器,具有较高的效率和可调的波长,广泛应用于光谱学、激光雷达和通信等领域。QCL激光驱动器的主要功能包括:1.电流控制:提供稳定的电流源,以确保QCL在比较好工作状态下运行。2.调制功能:能够对激光输出进行调制,以实现不同的应用需求,如脉冲激光输出。3.温度控制:通常集成温控系统,以保持激光器在稳定的温度环境中工作,确保性能稳定。4.保护功能:具备过流、过温等保护机制,以防止激光器因异常条件而损坏。选择合适的QCL激光驱动器时,需要考虑激光器的工作参数、所需的调制频率和稳定性等因素。河北SF6QCL激光器报价QCL在高灵敏检测方面具备天然的优势,可能成为呼吸气体分析技术领域瓶颈的可靠解决方案。
量子级联激光理论的创立和量子级联激光器的发明使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能。一般而言,量子级联激光器系统包括量子级联激光模块,控制模块以及接口模块。量子级联激光器从结构上来说,可以分为分布反馈(DistributedFeedback)QCL,F-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势:1:可以提供超宽的光谱范围(midIRtoTHz)。2:极好的波长可调谐性。3:很高的输出功率,同时也可以工作在室温环境下。目前国际上已研制出~19μm中远红外量子级联激光器系统。随着技术的进步,目前量子级联激光器不但能以脉冲的方式工作,而且可以在连续工作的方式输出大功率激光。激光模块将QC激光器装进一个气密性封装内,比较大限度的保护了激光器的性能和寿命。
激光器的发展里程碑如下:1960年发明的固态激光器和气体激光器,1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器(QCL)是激光领域的三个重大性里程碑。量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定,填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与,其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转,从而实现单电子注入的多光子输出,并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子"循环"起来,从而造就了一种令人惊叹的激光器。因此,量子级联激光器的发明被视为半导体激光理论的一次和里程碑。 针对部分疾病,目前已有许多基于 TDLAS 技术的无创检测方法,且效果明显。
QCL激光器的基本结构包括FP-QCL(上图)、DFB-QCL(中图)和ECqcL(下图)。增益介质显示为灰色,波长选择机制为蓝色,镀膜面为橙色,输出光束为红色。1.**简单的结构是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P结构中,切割面为激光提供反馈,有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构(DFB-QCL)可以输出较窄的光谱,但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过**大范围的温度调谐,DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐(通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围,或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围)。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来,形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出,又可以在QC芯片整个增益带宽上(数百cm-1)提供快调谐(速度超过10ms)。由于ECqcL结构使用低损耗元件,因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 在光谱学领域,可调谐激光器可以用于精确测量物质的光谱特性;河南N2OQCL激光器批发
TDLAS利用半导体激光器的波长调谐特性,可获得待测气体特征吸收峰的吸收光谱,对气体定量的分析。西藏N2OQCL激光器供应商
工农业生产、化石燃料燃烧、机动车尾气排放等人类活动产生的过量温室气体加剧了全球气候变暖,研究和发展适用于不同空间、时间尺度的温室气体精确、快速、动态检测技术是环境气候研究的基础和前提。基于光谱学原理的气体检测技术,具有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点,是目前温室气体监测技术的主流研究方向。针对当前温室气体点源、面源、区域、全球等尺度下的监测需求,综合利用多种形式的光谱学测量手段,开展地面探测、地基探测、机载探测和星载探测四种典型光学观测,获取温室气体空间分布、季节变化和年变化的特征和趋势,这对理解区域碳排放、掌握源汇信息、研究环境气候变化规律等具有重要意义。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三种气体造成温室效应的能力强,但从对全球升温的贡献百分比来说,CO2、CH4和N2O三大主要温室气体所占的比例大,它们对全球变暖的总体贡献占到77%,浓度也呈现出逐年升高的趋势。 西藏N2OQCL激光器供应商
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