紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和非分散紅外光譜（NDIR）技術，以及紅外激光光譜技術。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比，紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源，具有更高的光譜分辨率，不需要使用額外的分光部件，易于實現儀器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便實現長光程檢測。紅外激光光譜學依據波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在－μm的近紅外區，相應于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數比中紅外的基頻吸收要弱得多，一般要低2－3數量級。盡管如此，由III－V族化合物制成的半導體激光由于在通信和電子工業元件方面...

可調諧半導體激光吸收光譜（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現比較高的選擇性，分析一般在低壓下進行，這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的，現在已經發展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監測技術。具有高靈敏度、實時、動態、多組分同時測量的優點。由于半導體激光器的高單色性，可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線...

大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經過光電信號轉換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數據處理等技術過程，能夠實現溫室氣體多組分高靈敏時空分...

相比較與其它激光器，量子級聯激光器的優點如下：1)中遠紅外和太赫茲波段出射；在QCL發明之前，半導體激光器的發射波長主要在可見光和近紅外波段，當我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時，半導體激光器對此則有些無能為力，不同體系激光器激射波長范圍如圖3。QCL的發明，使得半導體激光器也能激射出中遠紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發光范圍[15]2)寬波長范圍；QCL激射波長取決于子帶間能量差，可以通過設計量子阱層厚度來實現波長控制，所以量子級聯激光器的激射波長范圍極寬（約3-250μm），并且可以根據實際需求設計特定波長的激光輸出。3)體積小；QCL相比其它激光器如：一氧化...

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...

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）。...

基于可調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）技術的在線監測系統，以其高靈敏度、高分辨率及實時響應的優勢，在環境監測領域展現出了廣闊的應用前景。本研究首先解析了TDLAS技術的基本原理，明確了其在氨逃逸檢測中的獨特作用機制，進而設計了包含穩定系統架構與精細功能模塊劃分的氨逃逸在線監測系統。在系統實現階段，通過精心挑選的硬件組件與優化的軟件算法，確保了系統的高效運行與準確監測。隨后，對系統進行了的性能測試，結果表明，該系統能夠實時監測并準確記錄氨逃逸數據，為環境保護與工業安全生產提供了有力的技術支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術在環境監測領域的應用案例，也為氨逃逸監測技術的發展提供了新...

中紅外溫室氣體激光器在環境監測和氣候變化研究中正發揮著越來越關鍵的作用，隨著全球對溫室氣體減排的日益重視，市場對高效、精確的氣體檢測設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優勢，已經成為這一領域不可或缺的重要工具。首先，這種激光器能夠精確檢測諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體，其高靈敏度和選擇性使其在環境監測、工業排放評估以及城市空氣質量檢測等方面發揮著至關重要的作用。各國和企業逐步加強對溫室氣體排放的監管，推動了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應用，比如在城市的空氣質量監測中，這些激光器可以實時提供數據，使得相關部門能夠及時采取措施，改善空氣質量，保護民眾的健康。其...

量子級聯激光器是基于多個量子阱異質結中掩埋次能級躍遷的單極半導體注入激光器，它們是通過能帶工程并通過分子束外延生長方法得到的。QCL激光器的輸出波長依賴于量子阱和作用區掩埋層的厚度而不是激光材料的能級。由于QCL輸出波長不受帶隙寬度的限制，因而能夠被制成在中紅外波長區較寬范圍里輸出。QCL的輸出波長區可以從μm到60μm，激光輸出功率可以達到幾個mW。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下，并且已經被用于痕量氣體的光譜檢測，但由于脈沖激光固有特點使其線寬相對較寬。雖然單模連續輸出DFB－QCL已早有報道，但到目前為止，還沒有痕量氣體檢測的報道。鑒于目前中紅外光譜區傳統激光技術存在的...

可調諧半導體激光吸收光譜（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現比較高的選擇性，分析一般在低壓下進行，這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的，現在已經發展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監測技術。具有高靈敏度、實時、動態、多組分同時測量的優點。由于半導體激光器的高單色性，可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線...

可調諧半導體激光吸收光譜（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術主要是利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現比較高的選擇性，分析一般在低壓下進行，這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的，現在已經發展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監測技術。具有高靈敏度、實時、動態、多組分同時測量的優點。由于半導體激光器的高單色性，可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線...

QCL激光器，得益于先進的量子級聯技術，實現了前所未有的高功率輸出，確保了激光的穩定性和可靠性。這一技術突破，不僅提升了激光器的轉換效率，更將光譜線寬壓縮至極窄范圍，為用戶帶來了前所未有的度和高效性。與此同時，我們積極響應國家國產化號召，通過自主研發與自主生產，大幅度降低了成本，提升了產品的性價比，讓用戶能夠以更加實惠的價格，享受到的激光解決方案。 QCL激光器的又一大亮點。無論是光譜分析、材料加工，還是其他需要高功率激光支持的應用場景，我們的QCL激光器都能輕松應對，展現出強大的應用潛力和市場競爭力。 TDLAS能實現"原位、連續、實時測量"，環境適應力強，易于設備的小型化。江西一...

紅外激光光譜學獨特的優勢以及在許多領域有著潛在的重要應用價值，是近年來非常熱門的研究領域之一。主要的應用有：(1)高選擇性，高分辨率的光譜技術，由于分子光譜的“指紋”特征，它不受其它氣體的干擾。這一特性與其它方法相比有明顯的優勢。(2)它是一種對所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術，同樣的儀器可以方便的改成測量其它組分的儀器，只需要改變激光器和標準氣。由于這個特點，很容易就能將其改成同時測量多組分的儀器。(3)它具有速度快，靈敏度高的優點。在不失靈敏度的情況下，其時間分辨率可以在ms量級。應用該技術的主要領域有：分子光譜研究、工業過程監測控制、燃燒過程診斷分析、發動機效率和機...

傳統的半導體激光器，工作原理都是依靠半導體材料中導帶的電子和價帶中的空穴復合而激發光子，其激射波長由半導體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制，使得半導體激光器難以發出中遠紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應能出射中遠紅外的半導體材料-鉛鹽系材料，其只能在低溫下工作(低于77K)，且輸出功率極低，為微瓦級別。為了使半導體激光器也能激射中遠紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導體材料p-n結發光的理論，提出了量子級聯激光器的構想。量子級聯激光器的工作原理為電子在半導體材料導帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產生光放大，其出射波長由導帶的子帶間的能量差所決定，和半...

傳統的半導體激光器，工作原理都是依靠半導體材料中導帶的電子和價帶中的空穴復合而激發光子，其激射波長由半導體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制，使得半導體激光器難以發出中遠紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應能出射中遠紅外的半導體材料-鉛鹽系材料，其只能在低溫下工作(低于77K)，且輸出功率極低，為微瓦級別。為了使半導體激光器也能激射中遠紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導體材料p-n結發光的理論，提出了量子級聯激光器的構想。量子級聯激光器的工作原理為電子在半導體材料導帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產生光放大，其出射波長由導帶的子帶間的能量差所決定，和半...

分子紅外光譜與分子的結構密切相關，是研究表征分子結構的一種有效手段，將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，可以采用與標準化合物的紅外光譜對比的方法來做分析鑒定。紅外光譜法主要研究在振動中伴隨有偶極矩變化的化合物（沒有偶極矩變化的振動在拉曼光譜中出現）。因此，除了單原子和同核分子如Ne、He、H2等之外，幾乎所有的有機化合物在紅外光譜區均有吸收。除光學異構體，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差異的化合物外，凡是具有結構不同的兩個化合物，一定不會有相同的紅外光譜...

波長覆蓋范圍寬量子級聯激光器從波長設計原理上與常規半導體激光器不同，常規半導體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度，而QCL的激射波長是由導帶中子帶間的能級間距決定的，可以通過調節量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級間距，從而改變QCL的激射波長。從理論上講，QCL可以覆蓋中遠紅外到THz波段。[2]單個激光器激射波長連續可調諧對于各種氣體的檢測，需要激光器的波長精確平滑地從一個波長調諧到另一個波長。對于特定氣體的檢測，波長更需要精確的調節以匹配其吸收線，也稱為分子“指紋”。另外，通過波長調節以匹配氣體的第二條吸收線，可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標準。單個激光器的激射波長可...

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）。...

在現代民用領域，QCL激光器（量子級聯激光器）作為紅外對抗系統的重要組成部分，正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術的不斷進步，以及對安全和效率的日益重視，QCL激光器在紅外對抗中的應用案例層出不窮，展現出其的性能和的適用性。以某國家的防空系統為例，該系統在面對敵方導彈威脅時，采用了QCL激光器紅外對抗技術。這一技術通過精確發射特定波長的激光，成功地干擾了敵方導彈的紅外尋的系統，顯著提高了防空能力。通過這種方式，防空系統不僅能夠有效保護關鍵設施的安全，還能夠降低潛在的經濟損失。這一成功應用案例展示了QCL激光器在實際戰斗環境中的高效性和實用性，同時也反映了現代中科技應用的重要性。 ...

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）。...

在工業檢測方面，量子級聯激光器以其小型化和集成化的設計，完美適應了現代工業的需求。它能夠以更低的能耗和更小的體積完成復雜的檢測任務。這對于降低企業的運營成本，提高生產效率，具有重要的推動作用。許多企業通過引入量子級聯激光器技術，成功減少了設備占用空間，并提升了生產線的自動化程度。綜合來看，量子級聯激光器憑借其高效、靈活和經濟的特性，正逐步改變各行各業的技術格局。無論是在環境監測、醫療成像還是工業檢測領域，量子級聯激光器都為客戶提供了切實可行的解決方案，幫助企業提高效率、降低成本，從而在競爭激烈的市場環境中脫穎而出。隨著技術的不斷進步和應用范圍的擴大，量子級聯激光器的未來將更加光明，...

大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經過光電信號轉換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數據處理等技術過程，能夠實現溫室氣體多組分高靈敏時空分...

直接吸收光譜技術是通過調諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進行分析，并獲取一些重要信息，如吸收譜線強度和增寬系數。從這些光譜測量得到信息可以推斷出氣體溫度、濃度、氣流速度以及壓力等參數值。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅動器驅動DFB激光器，激光器輸出激光通過待測氣體，光電探測器接收到透射光，并通過對光強信號進行分析，從而測量得到氣體濃度值。實現直接吸收光譜檢測透射光容易受到背景噪聲的干擾、激光器光強波動等因素的影響，為了減小噪聲的干擾，通常會使用高靈敏光譜技術，如采用波長調制技術對目標信號進行高頻調制，實現抑制高頻背景噪聲，從而極大提高探測靈敏度和精度。信號發生...

TDLAS技術具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應等優點，廣泛應用于氣體的痕量探測。利用氣體吸收譜線隨溫度、氣壓等因素變化的特性，該技術可實現對氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數的測量。無干擾、低價、可小型化等是TDLAS技術的主要優點。我們致力于發展高速（微秒級）、高靈敏（ppb級）、可攜帶式的基于可調諧半導體激光器的氣體測量技術方法，拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領域的應用。調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下：激光光源：使用調諧半導體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內快速調諧激光波長，精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸...

QCL激光器的基本結構包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。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...

直接吸收光譜技術是通過調諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進行分析，并獲取一些重要信息，如吸收譜線強度和增寬系數。從這些光譜測量得到信息可以推斷出氣體溫度、濃度、氣流速度以及壓力等參數值。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅動器驅動DFB激光器，激光器輸出激光通過待測氣體，光電探測器接收到透射光，并通過對光強信號進行分析，從而測量得到氣體濃度值。實現直接吸收光譜檢測透射光容易受到背景噪聲的干擾、激光器光強波動等因素的影響，為了減小噪聲的干擾，通常會使用高靈敏光譜技術，如采用波長調制技術對目標信號進行高頻調制，實現抑制高頻背景噪聲，從而極大提高探測靈敏度和精度。信號發生...

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...

量子級聯激光器（QuantumCascadeLaser,QCL）作為一種新興的激光技術，正在多個領域中展現出其獨特的優勢和廣泛的應用潛力。其的優點使得產品在市場上備受青睞，尤其是在環境監測、醫療成像和工業檢測等方面。首先，量子級聯激光器具有出色的波長可調性，能夠在中紅外范圍內實現高效發射。這一特性使得量子級聯激光器在氣體傳感領域的應用尤為突出。通過精確的波長調節，用戶可以針對特定氣體進行高靈敏度的檢測，從而有效解決了傳統傳感器難以檢測低濃度有害氣體的問題。這不僅提高了環境監測的精度，也為企業的安全生產提供了有力保障。其次，量子級聯激光器在醫療成像領域也展現出了巨大的優勢。其高功率和...

氣體分析儀主要利用激光光譜技術，通過氣體對特定波長的激光吸收特性來檢測氣體濃度。1.激光吸收光譜原理激光吸收光譜法基于不同氣體分子對特定波長的激光具有不同的吸收特性。當激光光束穿過氣體樣品時，特定氣體分子會吸收與其吸收光譜相匹配的激光波長。通過測量吸收后的激光強度變化，可以確定氣體的濃度。2.調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下：激光光源：使用調諧半導體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內快速調諧激光波長，精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸收過程：激光器發射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特...

當紅外輻射的能量與氣體分子振動躍遷所需的能量相匹配時，氣體分子會吸收特定波長的紅外光，導致透過光的強度減弱，從而形成特征吸收峰。輻射光子的能量與分子振動躍遷的能量差相等。l分子振動伴隨偶極矩的變化（紅外活性）。分子在紅外光譜中表現出基頻、倍頻和組合頻吸收峰。l每種氣體分子具有獨特的紅外吸收譜帶，這種特征吸收峰可以用來識別氣體種類。絕大多數氣態化學物質在中紅外光譜區（≈2-25μm）都顯示出基本的振動吸收帶，這些基本帶對光的吸收提供了一種幾乎通用的檢測手段。光學技術的主要特征是對痕量氣體的非侵入式原位檢測能力。目前中紅外激光在定量痕量氣體檢測中的應用必將代替近紅外成為下一代高精度的選...