四川SF6QCL激光器加工

    紅外激光光譜學(xué)獨(dú)特的優(yōu)勢以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價值，是近年來非常熱門的研究領(lǐng)域之一。主要的應(yīng)用有：(1)高選擇性，高分辨率的光譜技術(shù)，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(yōu)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(shù)，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(biāo)準(zhǔn)氣。由于這個特點(diǎn)，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(yōu)點(diǎn)。在不失靈敏度的情況下，其時間分辨率可以在ms量級。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有：分子光譜研究、工業(yè)過程監(jiān)測控制、燃燒過程診斷分析、發(fā)動機(jī)效率和機(jī)動車尾氣測量、檢測、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測等。因此，可調(diào)諧紅外激光光譜新方法及其環(huán)境污染時空分布監(jiān)測研究對國家可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境領(lǐng)域中必不可少的監(jiān)測分析新方法與新技術(shù)有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價值。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有：1、分子光譜研究：光譜結(jié)構(gòu)、線寬、線強(qiáng)等；2、大氣痕量氣體檢測：CH2O、CH4、CO2、NH3等；3、工業(yè)過程監(jiān)測控制：CO、CO2、H2O、NH3等；4、醫(yī)療診斷：NO、CO、CO2、CH4等；5、機(jī)動車尾氣測量：CO、CO2、NH3、NO等。 TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長調(diào)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。四川SF6QCL激光器加工

    閾值電流密度較低帶間躍遷和子帶間躍遷示意圖常規(guī)半導(dǎo)體激光器是雙極性器件，導(dǎo)帶中的電子與價帶中的空穴復(fù)合生成光子，而量子級聯(lián)激光器是單極性器件，只靠導(dǎo)帶中子帶間電子的躍遷產(chǎn)生光子，如圖4所示，電子躍遷的始態(tài)與終態(tài)的曲線的曲率相同，這樣形成的增益譜很窄而且對稱，是量子級聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個原因。當(dāng)然，QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設(shè)計，材料生長以及器件結(jié)構(gòu)有關(guān)。尺寸較小圖5量子級聯(lián)激光器實(shí)物圖量子級聯(lián)激光器的尺寸較小，如圖5所示，量子級聯(lián)激光器管芯的長度一般為3mm，隨著激光器性能提高，可以將其封裝在方盒內(nèi)，從而方便地移動和操作。量子級聯(lián)激光器的工作溫度、輸出性能和波長覆蓋范圍在過去的20年取得了迅猛發(fā)展。其中，有兩個里程碑，一個是1997年室溫工作的分布反饋量子級聯(lián)激光器（DFB-QCL）的研制成功，實(shí)現(xiàn)了波長為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作，其中μm的激光器300K時峰值功率為60mW；另一個是2002年實(shí)現(xiàn)了波長為μm量子級聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作，器件在292K時輸出功率為17mW，比較高連續(xù)工作溫度為321K。 四川SF6QCL激光器加工通訊是DFB的主要應(yīng)用，如1310nm，1550nm DFB激光器的應(yīng)用，這里主要介紹非通訊波段DFB激光器的應(yīng)用。

    QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機(jī)制為藍(lán)色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.**簡單的結(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結(jié)構(gòu)中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過**大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注進(jìn)電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)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(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)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(yùn)作。

    傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器，工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子，其激射波長由半導(dǎo)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(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)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(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論，提出了量子級聯(lián)激光器的構(gòu)想。量子級聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設(shè)計量子阱層的厚度來實(shí)現(xiàn)波長的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。 可調(diào)諧激光器以其獨(dú)特的波長可調(diào)諧特性，成為了現(xiàn)代激光科技的重要支柱。

    氣體分析儀主要利用激光光譜技術(shù)，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(dāng)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(qiáng)度變化，可以確定氣體的濃度。2.調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術(shù)之一。其工作原理如下：激光光源：使用調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)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(fā)射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰，部分激光能量被吸收，導(dǎo)致光強(qiáng)度減弱。探測器測量：激光通過氣體后，剩余的激光光強(qiáng)被探測器接收。探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，測量激光強(qiáng)度的衰減。信號處理與濃度計算：分析儀通過計算吸收光譜的強(qiáng)度和形狀，使用朗伯-比爾定律（Beer-LambertLaw）來推導(dǎo)出氣體的濃度。TDLAS技術(shù)的高分辨率和高靈敏度使其能夠準(zhǔn)確檢測低濃度的氣體。3.光聲光譜（PAS）光聲光譜（PhotoacousticSpectroscopy。 QCL由二次諧波從而對污染氣體進(jìn)行定性或者定量分析，具有高分辨率、高靈敏度以及響應(yīng)時間快等特點(diǎn)。陜西制造QCL激光器型號

在大氣污染監(jiān)控中，QCL能夠準(zhǔn)確檢測大氣中的微量成分，為環(huán)境保護(hù)提供有力支持。四川SF6QCL激光器加工

    直接吸收光譜技術(shù)是通過調(diào)諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進(jìn)行分析，并獲取一些重要信息，如吸收譜線強(qiáng)度和增寬系數(shù)。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(shù)值。信號發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅(qū)動器驅(qū)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(qiáng)信號進(jìn)行分析，從而測量得到氣體濃度值。實(shí)現(xiàn)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(qiáng)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(shù)，如采用波長調(diào)制技術(shù)對目標(biāo)信號進(jìn)行高頻調(diào)制，實(shí)現(xiàn)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(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調(diào)制信號給激光驅(qū)動器驅(qū)動DFB激光器，激光器輸出調(diào)制光經(jīng)過待測氣體，光電探測器接收到吸收后光強(qiáng)，此時將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進(jìn)行解調(diào)輸出波長調(diào)制的諧波信號，根據(jù)諧波信號的值計算得到此時氣體濃度值。 四川SF6QCL激光器加工