QCL激光器的应用领域 环境监测:QCL激光器的高波长可调性使其成为环境监测领域的理想选择。它可以用于检测大气中的污染物,为环境保护提供有力支持。医疗诊断:在医疗领域,QCL激光器可用于非侵入性的医疗诊断,如通过光谱分析检测人体内的生化成分,为疾病的早期发现提供帮助。通信技术:随着5G、6G等新一代...
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。 在光谱学领域,可调谐激光器可以用于精确测量物质的光谱特性;浙江加工QCL激光器报价
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。 河南H2OQCL激光器封装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;
直接吸收光谱技术是通过调谐激光频率到选择吸收谱线透过率和谱线形状进行分析,并获取一些重要信息,如吸收谱线强度和增宽系数。从这些光谱测量得到信息可以推断出气体温度、浓度、气流速度以及压力等参数值。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号给激光驱动器驱动DFB激光器,激光器输出激光通过待测气体,光电探测器接收到透射光,并通过对光强信号进行分析,从而测量得到气体浓度值。实现直接吸收光谱检测透射光容易受到背景噪声的干扰、激光器光强波动等因素的影响,为了减小噪声的干扰,通常会使用高灵敏光谱技术,如采用波长调制技术对目标信号进行高频调制,实现抑制高频背景噪声,从而极大提高探测灵敏度和精度。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号叠加快速正弦频率f的调制信号给激光驱动器驱动DFB激光器,激光器输出调制光经过待测气体,光电探测器接收到吸收后光强,此时将光信号转换成电信号输入到锁相放大器对信号进行解调输出波长调制的谐波信号,根据谐波信号的值计算得到此时气体浓度值。
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。 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。
中红外温室气体激光器在环境监测和气候变化研究中正发挥着越来越关键的作用,随着全球对温室气体减排的日益重视,市场对高效、精确的气体检测设备的需求也在不断攀升。中红外温室气体激光器凭借其的性能和技术优势,已经成为这一领域不可或缺的重要工具。首先,这种激光器能够精确检测诸如二氧化碳、甲烷等主要温室气体,其高灵敏度和选择性使其在环境监测、工业排放评估以及城市空气质量检测等方面发挥着至关重要的作用。各国和企业逐步加强对温室气体排放的监管,推动了中红外温室气体激光器的广泛应用,比如在城市的空气质量监测中,这些激光器可以实时提供数据,使得相关部门能够及时采取措施,改善空气质量,保护民众的健康。其次,技术的不断进步为中红外温室气体激光器的性能提升提供了新的可能。近年来,激光技术的创新使得这些设备在体积、功耗和成本方面得到了改善。例如,采用新型材料和工艺,使得激光器的体积更加小巧,便于携带和部署,同时降低了生产和维护成本。这一趋势不仅降低了使用门槛,也使得中红外温室气体激光器能够在更多的应用场景中发挥作用,满足市场对灵活性和便携性的需求,甚至可以应用于野外勘测和移动监测等场合。 中红外QCL-TDLAS在气体检测中具有高灵敏度、高分辨率及快速响应等优点。广东COQCL激光器型号
0.76~25μm 为近红外,25~30μm 为中红外,30~1000 μm为远红外。浙江加工QCL激光器报价
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术利用可调谐半导体激光器的特性,通过调制激光器的波长,使其扫描被测气体分子的吸收峰,从而实现对气体分子浓度的测量。该技术通过红外吸收来测量激光通过被测气体时被吸收的数量,具有高精度和无接触的特点。调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术是激光吸收光谱(LAS)技术的一种。根据激光器的不同驱动形式,激光吸收光谱(LAS)技术可以分为:直接吸收法和调制吸收法。这两种技术各有优缺点:直接吸收法:需要锁定激光器驱动电流,不需加载2f谐波信号,结构简单,成本低,但容易受干扰,尤其是低频干扰,所以灵敏度相对低些。调制吸收法:需要给到激光器锯齿波驱动电流信号,同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上,结构会相对复杂一些,成本要比直接吸收法高一些,但是灵敏度高,能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类,波长调制类需要更大的调谐范围,频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率,技术复杂,灵敏度更高。 浙江加工QCL激光器报价
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