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量子级联激光器(QuantumCascadeLaser)是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟,它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势,在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点,特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势,使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器(QuantumcascadeLaser,QCL)是基于半导体耦合量子阱子带(一般为导带)间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子(quantum)指的是通过调整有源区量子阱的厚度可以改变子带的能级间距,实现对波长的“裁剪”,另外也指器件的尺寸较小。级联(cascade)的意思是有源区中上一组成部分的输出是下一部分的输入,一级接一级串联在一起。激光器(Laser)是指产生特定波长的光源。量子级联激光器的波长可以覆盖在、通信、气体检测等领域极具应用价值的中远红外波段。 在大气污染监控中,QCL能够准确检测大气中的微量成分,为环境保护提供有力支持。甘肃N2OQCL激光器批发

在现代民用领域,QCL激光器(量子级联激光器)作为红外对抗系统的重要组成部分,正逐渐显示出其不可或缺的地位。随着技术的不断进步,以及对安全和效率的日益重视,QCL激光器在红外对抗中的应用案例层出不穷,展现出其的性能和的适用性。以某国家的防空系统为例,该系统在面对敌方导弹威胁时,采用了QCL激光器红外对抗技术。这一技术通过精确发射特定波长的激光,成功地干扰了敌方导弹的红外寻的系统,显著提高了防空能力。通过这种方式,防空系统不仅能够有效保护关键设施的安全,还能够降低潜在的经济损失。这一成功应用案例展示了QCL激光器在实际战斗环境中的高效性和实用性,同时也反映了现代中科技应用的重要性。 山西H2OQCL激光器报价在信息处理和通信领域,可调谐激光器可以用于构建高效的光通信系统和网络;

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。
阈值电流密度较低带间跃迁和子带间跃迁示意图常规半导体激光器是双极性器件,导带中的电子与价带中的空穴复合生成光子,而量子级联激光器是单极性器件,只靠导带中子带间电子的跃迁产生光子,如图4所示,电子跃迁的始态与终态的曲线的曲率相同,这样形成的增益谱很窄而且对称,是量子级联激光器能够低阈值工作的一个原因。当然,QCL的阈值电流密度也与有源区设计,材料生长以及器件结构有关。尺寸较小图5量子级联激光器实物图量子级联激光器的尺寸较小,如图5所示,量子级联激光器管芯的长度一般为3mm,随着激光器性能提高,可以将其封装在方盒内,从而方便地移动和操作。量子级联激光器的工作温度、输出性能和波长覆盖范围在过去的20年取得了迅猛发展。其中,有两个里程碑,一个是1997年室温工作的分布反馈量子级联激光器(DFB-QCL)的研制成功,实现了波长为μm和8μm的DFB-QCL的室温工作,其中μm的激光器300K时峰值功率为60mW;另一个是2002年实现了波长为μm量子级联激光器的室温连续工作,器件在292K时输出功率为17mW,比较高连续工作温度为321K。 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种 具有高分辨率、高灵敏度、快速检测特点的气体检测 技术。

TDLAS技术具有高灵敏度、高光谱分辨率、快速响应等优点,广泛应用于气体的痕量探测。利用气体吸收谱线随温度、气压等因素变化的特性,该技术可实现对气体体系温度、浓度、速度和流量等参数的测量。无干扰、低价、可小型化等是TDLAS技术的主要优点。我们致力于发展高速(微秒级)、高灵敏(ppb级)、可携带式的基于可调谐半导体激光器的气体测量技术方法,拓展在航空航天、石油化工和燃烧等领域的应用。调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是激光气体分析仪**常用的技术之一。其工作原理如下:激光光源:使用调谐半导体激光器作为光源,能够在特定的窄波段范围内快速调谐激光波长,精确匹配待测气体的吸收峰。气体吸收过程:激光器发射的窄带单色激光穿过待测气体样品。由于特定气体分子在特定波长处具有吸收峰,部分激光能量被吸收,导致光强度减弱。探测器测量:激光通过气体后,剩余的激光光强被探测器接收。探测器将光信号转换为电信号,测量激光强度的衰减。信号处理与浓度计算:分析仪通过计算吸收光谱的强度和形状,使用朗伯-比尔定律(Beer-LambertLaw)来推导出气体的浓度。TDLAS技术的高分辨率和高灵敏度使其能够准确检测低浓度的气体。 通讯是DFB的主要应用,如1310nm,1550nm DFB激光器的应用,这里主要介绍非通讯波段DFB激光器的应用。福建CO2QCL激光器封装
QCL由二次谐波从而对污染气体进行定性或者定量分析,具有高分辨率、高灵敏度以及响应时间快等特点。甘肃N2OQCL激光器批发
QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。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。 甘肃N2OQCL激光器批发
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