黑龙江CH4QCL激光器公司

    痕量气体检测对于很多领域都有着非常重要的作用,比如大气环境监测、工业过程监测、燃烧流场诊断、人体呼吸气体检测等等。而红外光谱为分子的振动跃迁光谱,因此在检测技术中,“红外激光光谱法”是目前受到较多关注的主流方法之一。不同于傅里叶变换红外光谱(FTIR)、非分散红外光谱(NDIR)这些“红外光谱”同门,红外激光光谱配置的不是宽带光源,而是高单色性的红外激光。有着更高的光谱分辨率、可以实现长光程检测、不需要额外分光部件,仪器能够进一步小型化等等优点。按波段来分的话,红外激光光谱法主要涉及近红外和中红外两个波段。相对于近红外,中红外波段是气体分子基带吸收光谱区,分子吸收线的强度比近红外要大几个量级。比如,CH4在3．3um处的吸收强度,是其在1．6um处的163倍,理论检测下限可达0．9ppb/m。因此,它能够实现痕量气体的超高灵敏探测。在一些浓度较低或对灵敏度要求较高的污染源排放的气体监测中,有很好的应用。 量子级联激光器窄线宽，可以获得气体分子、原子光谱线精细结构，因此在气体检测分辨率要高于其他检测方法。黑龙江CH4QCL激光器公司

    中远红外波段包含了两个重要的大气窗口3-5μm和8-13μm波段，很多气体的特征吸收峰都在这个波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，还有一些人体疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征气体的吸收谱线也处于此波段，如图4。不同气体的特征吸收峰基于QCL的检测系统，具有体积小、检测速度快、精确度高等特点，可以广泛的应用在环境检测、痕量气体检测、医疗诊断等方面，基于QCL的气体检测系统是QCL重要的应用之一，如气体检测系统如图5。相比于传统的气体检测技术（电化学检测、气相色谱分析、红外LED），量子级联激光器在气体检测的优势如下：1、量子级联激光器具有很窄的光谱线宽，可以获得气体分子、原子光谱线中精细结构，因此基于量子级联激光器的气体检测系统分辨率要远高于其他光谱检测方法，而且系统中不需要分光器件，可以通过调谐QCL的波长，就可在光电探测器中直接得到其吸收光谱。2、QCL的光束质量好，其出射光的发散角小，可以利用光的反射来设计光学长程池从而增加系统的吸收光程，进而就可以提高系统的灵敏度，这对于低浓度的气体检测十分有效。 黑龙江CH4QCL激光器公司激光气体分析被用于各种气体检测研究。高精度和灵敏度使其成为研究气体环境科学和物理化学性质的理想设备。

    1994年4月，贝尔实验室在《科学》上报道了***个子带间量子级联激光器。带间级联和量子级联激光器的研究都源于早期对于半导体超晶格的研究以及通过子带间跃迁实现激光器的探索。在带间级联激光器提出的2～3年内，空穴注入区就已经提出并加入到了带间级联激光器的结构中。同时，W型二类量子阱的概念也被提出，并取代了原先的单边型的二类量子阱。空穴注入区和W型有源区的设计直到***也一直被采用。1997年，由休斯顿大学和桑迪亚国家实验室合作完成的***台可达170K低温工作的带间级联激光器被报道出来，此后，对于二类量子阱的研究也取得了一定进展，而带间级联激光器也在1998～2000年工作温度逐渐提升至250～286K，微分量子效率超过了传统极限的100%，从而证实了级联过程。里程碑式的突破是在2002年，研究人员Yang等实现了***台室温脉冲激射的带间级联激光器，由18个周期构成。

    红外光谱检测方法主要有使用宽带光源的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和非分散红外光谱（NDIR）技术，以及红外激光光谱技术。与使用宽带光源的FTIR和NDIR相比，红外激光光谱由于采用高单色性的红外激光作为光源，具有更高的光谱分辨率，不需要使用额外的分光部件，易于实现仪器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便实现长光程检测。红外激光光谱学依据波段分为近红外光谱和中红外光谱。近红外波段工作在－μm的近红外区，相应于某些分子的“泛频”谱带。分子在这些谱带的吸收系数比中红外的基频吸收要弱得多，一般要低2－3数量级。尽管如此，由III－V族化合物制成的半导体激光由于在通信和电子工业元件方面的广泛应用，其价格相对便宜，质量、性能和输出功率都相当优越，且在接近室温工作，使其在一些浓度较高或对灵敏度要求较低的污染源排放的气体监测中得到了很好的应用，足以达到ppm的检测水平，甚至到达ppb的水平，接近中红外光谱系统检测灵敏度的1－10％。 中红外光谱是分子的基频吸收区，对痕量气体具有极高的敏感度，这使得它成为温室气体监测的理想选择。

    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。 甲烷分子的基频吸收带位于在3.3μm附近的中红外区域。因此用中红外激光器探测甲烷气体非常有益。青海二氧化碳QCL激光器供应商

可调谐半导体激光器调制光谱技术具有非侵入式原位快速在线测量和遥测等的特有优势。黑龙江CH4QCL激光器公司

    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。 黑龙江CH4QCL激光器公司