量子級聯激光器(QuantumCascadeLaser)是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現。隨著量子級聯激光器技術的日趨成熟,它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優(yōu)勢,在氣體檢測領域得到了迅速推廣?;诹孔蛹壜摷す馄鞯募t外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)點,特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優(yōu)勢,使其成為研究和應用的熱點。量子級聯激光器(QuantumcascadeLaser,QCL)是基于半導體耦合量子阱子帶(一般為導帶)間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子(quantum)指的是通過調整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距,實現對波長的“裁剪”,另外也指器件的尺寸較小。級聯(cascade)的意思是有源區(qū)中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入,一級接一級串聯在一起。激光器(Laser)是指產生特定波長的光源。量子級聯激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 分布式反饋激光二極管(DFB-LD)檢測某種氣體,該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。福建二氧化碳QCL激光器工廠
相比較與其它激光器,量子級聯激光器的優(yōu)點如下:1)中遠紅外和太赫茲波段出射;在QCL發(fā)明之前,半導體激光器的發(fā)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(fā)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(fā)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?。籕CL相比其它激光器如:一氧化碳激光器(激射波長為4-5μm)和二氧化碳激光器(激射波長為μm),具有體積小、重量輕的特點,其攜帶方便,便于系統化和集成化。4)單極型結構;傳統結構半導體激光器為雙極型,其出光原理依靠的是p-n結中導帶電子和價帶空穴復合所產生的受激輻射,而QCL全程只有電子參與,空穴并未參與輻射發(fā)光過程,所以量子級聯激光器為單極型激光器,且其出射的激光具有很好的單向偏振性。5)高的電子利用效率;因為QCL所獨特的級聯結構,電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后,并沒有湮滅。 吉林NOQCL激光器多少錢TDLAS技術采用的半導體激光光源的光譜,寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬,得到單線吸收光譜。
作為半導體激光技術發(fā)展的里程碑,量子級聯激光器(QCL)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,為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源,因此QCL日益受到關注。尤其是近10年,越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用,使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器(QCL)眾所周知,QCL屬于新一代半導體激光器,它的特性不同于傳統半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,應該更加形象。首先是量子含義,是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成,利用量子限制效應,通過調節(jié)每層材料的厚度和子帶間距,從而調節(jié)波長;其次是級聯含義,它的有源區(qū)由多級耦合量子阱串接組成,可實現單電子注入的倍增光子輸出,可望獲得大功率,而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發(fā)射光子,這是普通激光器不具備的一個性能。
近年來,激光技術的快速發(fā)展為各行業(yè)帶來了前所未有的機遇。作為激光領域的一項重大突破,量子級聯激光驅動器的問世,將為用戶解決一系列實際問題,推動高科技產品的創(chuàng)新與應用。量子級聯激光驅動器是一種新型激光器,能夠在更的波長范圍內輸出高效激光,相比傳統激光器,其能量轉換效率更高,體積更小,且具備更強的穩(wěn)定性。這些優(yōu)勢使得量子級聯激光驅動器在多個應用領域展現出廣闊的前景。首先,在通信領域,量子級聯激光驅動器能夠有效提升數據傳輸速率和可靠性。隨著5G和未來6G網絡的發(fā)展,對高速數據傳輸的需求日益增加。量子級聯激光驅動器的高頻率輸出能力,為光纖通信提供了強有力的支持,幫助運營商實現更低延遲和更高帶寬的網絡服務。其次,在醫(yī)療領域,量子級聯激光驅動器的高精度激光輸出使得其在醫(yī)療成像和中具有重要應用潛力。通過高分辨率成像,醫(yī)生能夠更有效地進行疾病的早期診斷,尤其是在檢測和眼科方面,量子級聯激光驅動器為患者帶來了更精細的方案,極大提升了效果。 中紅外QCL-TDLAS在氣體檢測中具有高靈敏度、高分辨率及快速響應等優(yōu)點。
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(qū),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(yè)元件方面的廣泛應用,其價格相對便宜,質量、性能和輸出功率都相當優(yōu)越,且在接近室溫工作,使其在一些濃度較高或對靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監(jiān)測中得到了很好的應用,足以達到ppm的檢測水平,甚至到達ppb的水平,接近中紅外光譜系統檢測靈敏度的1-10%。 中紅外光譜是分子的基頻吸收區(qū),對痕量氣體具有極高的敏感度,這使得它成為溫室氣體監(jiān)測的理想選擇。浙江加工QCL激光器批發(fā)
TDLAS:當激光波長與待測氣體分子的吸收線匹配時,分子會吸收部分能量,透射光強度的變化,計算氣體濃度。福建二氧化碳QCL激光器工廠
QCL激光器(量子級聯激光器)憑借其出色的性能和獨特的技術優(yōu)勢,正在重新定義氣體檢測領域的標準。它們以高靈敏度和質量的選擇性,使得在復雜環(huán)境中對氣體成分的準確識別成為可能。此外,QCL激光器的高性價比使得其在市場上的競爭力愈發(fā)明顯,成為眾多行業(yè)和應用的優(yōu)先。隨著科技的不斷進步,QCL激光器的創(chuàng)新能力也在不斷提升。我們相信,這種持續(xù)的技術革新將為客戶帶來更大的價值,幫助他們在各自的市場中脫穎而出。選擇QCL激光器,不僅是選擇了一項先進的技術,更是選擇了一條通向未來的道路。無論是在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制,還是在醫(yī)療健康等領域,QCL激光器都展示了其巨大的潛力和應用前景。通過深入的合作,我們希望能夠實現可持續(xù)發(fā)展,為社會的進步貢獻一份力量。 福建二氧化碳QCL激光器工廠