帶間級聯激光器(ICL)是實現3~5μm波段中紅外激光器的重要前沿,其在半導體光電器件技術、氣體檢測、醫學醫療以及自由空間光通信等領域具有重要科學意義和應用價值。近年來,半導體帶間級聯激光器的量子阱能帶理論設計方法和激光器制備**技術得到迅速提升。帶間級聯激光器是一種以?族體系為主,通過量子工程的能帶設計及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結合了傳統的量子阱激光器較長的上能級載流子復合壽命,以及量子級聯激光器(QCL)通過級聯結構實現較高內量子效率的優點,在中紅外波段具有較大的優勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰,對于氣體分子而言,在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區的中心吸收截面高幾個數量級。因此,為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限,利用中紅外的可調諧半導體激光器吸收光譜技術(TDLAS)可以實現對特殊或有毒氣體的檢測。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。 在工業污染分析中,QCL的快速響應和高靈敏度使其能夠實時監測煙塵顆粒的組成和濃度。西藏N2OQCL激光器供應商
QCL(量子級聯激光器)激光驅動器是專門設計用于激勵量子級聯激光器的電子設備。QCL是一種基于半導體材料的激光器,具有較高的效率和可調的波長,廣泛應用于光譜學、激光雷達和通信等領域。QCL激光驅動器的主要功能包括:1.電流控制:提供穩定的電流源,以確保QCL在比較好工作狀態下運行。2.調制功能:能夠對激光輸出進行調制,以實現不同的應用需求,如脈沖激光輸出。3.溫度控制:通常集成溫控系統,以保持激光器在穩定的溫度環境中工作,確保性能穩定。4.保護功能:具備過流、過溫等保護機制,以防止激光器因異常條件而損壞。選擇合適的QCL激光驅動器時,需要考慮激光器的工作參數、所需的調制頻率和穩定性等因素。河北SF6QCL激光器報價QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優勢,可能成為呼吸氣體分析技術領域瓶頸的可靠解決方案。
量子級聯激光理論的創立和量子級聯激光器的發明使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能。一般而言,量子級聯激光器系統包括量子級聯激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯激光器從結構上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯激光器系統。隨著技術的進步,目前量子級聯激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC激光器裝進一個氣密性封裝內,比較大限度的保護了激光器的性能和壽命。
激光器的發展里程碑如下:1960年發明的固態激光器和氣體激光器,1962年發明的雙極型半導體激光器和1994年發明的單極型量子級聯激光器(QCL)是激光領域的三個重大性里程碑。量子級聯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由量子限制效應引起的分離電子態之間產生粒子數反轉,從而實現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光波長。量子級聯激光器比其它激光器的優勢在于它的級聯過程,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光。這個級聯過程使這些電子"循環"起來,從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此,量子級聯激光器的發明被視為半導體激光理論的一次和里程碑。 針對部分疾病,目前已有許多基于 TDLAS 技術的無創檢測方法,且效果明顯。
QCL激光器的基本結構包括FP-QCL(上圖)、DFB-QCL(中圖)和ECqcL(下圖)。增益介質顯示為灰色,波長選擇機制為藍色,鍍膜面為橙色,輸出光束為紅色。1.**簡單的結構是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P結構中,切割面為激光提供反饋,有時也使用介質膜以優化輸出。2.第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構(DFB-QCL)可以輸出較窄的光譜,但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過**大范圍的溫度調諧,DFB-QCL還可以提供有限的波長調諧(通過緩慢的溫度調諧獲得10~20cm-1的調諧范圍,或者通過快速注進電流加熱調諧獲得2~3cm-1的范圍)。3.第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來,形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出,又可以在QC芯片整個增益帶寬上(數百cm-1)提供快調諧(速度超過10ms)。由于ECqcL結構使用低損耗元件,因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。 在光譜學領域,可調諧激光器可以用于精確測量物質的光譜特性;河南N2OQCL激光器批發
TDLAS利用半導體激光器的波長調諧特性,可獲得待測氣體特征吸收峰的吸收光譜,對氣體定量的分析。西藏N2OQCL激光器供應商
工農業生產、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖,研究和發展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態檢測技術是環境氣候研究的基礎和前提。基于光譜學原理的氣體檢測技術,具有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監測等優點,是目前溫室氣體監測技術的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區域、全球等尺度下的監測需求,綜合利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測,獲取溫室氣體空間分布、季節變化和年變化的特征和趨勢,這對理解區域碳排放、掌握源匯信息、研究環境氣候變化規律等具有重要意義。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三種氣體造成溫室效應的能力強,但從對全球升溫的貢獻百分比來說,CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大,它們對全球變暖的總體貢獻占到77%,濃度也呈現出逐年升高的趨勢。 西藏N2OQCL激光器供應商
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