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,在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區的中心吸收截面高幾個數量級。因此,為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限,利用中紅外的可調諧半導體激光器吸收光譜技術(TDLAS)可以實現對特殊或有毒氣體的檢測。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示,諸如礦井氣體甲烷(CH4)分子吸收峰位于3260nm,一氧化碳(CO)分子吸收峰位于4610nm,二氧化碳(CO2)分子吸收峰位于4230nm,氯化氫(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氫(HBr)分子吸收峰位于4020nm。 基于光譜學原理的氣體檢測技術,有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監測等優點,是監測技術的主流研究方向。云南SF6QCL激光器多少錢
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。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調制信號給激光驅動器驅動DFB激光器,激光器輸出調制光經過待測氣體,光電探測器接收到吸收后光強,此時將光信號轉換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進行解調輸出波長調制的諧波信號,根據諧波信號的值計算得到此時氣體濃度值。 山東NH3QCL激光器加工QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優勢,可能成為呼吸氣體分析技術領域瓶頸的可靠解決方案。
復雜生態環境溫室氣體不同空間、時間尺度的濃度監測是了解溫室氣體源與匯的基礎。目前適應生態環境溫室氣體長期連續監測的技術手段仍有待研究。可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術,具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點,與目前新興的中紅外量子級聯激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結合,可實現分子"基頻"吸收光譜測量,進一步提高檢測靈敏度,達到溫室氣體區域環境監測需求。激光氣體分析利用激光光譜技術,通過氣體對特定波長激光的吸收特性來檢測氣體濃度。適用于檢測具有特定吸收特性的氣體,如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣。憑借其高精度、快速響應和非接觸式檢測的特點,激光氣體分析儀在工業過程控制、環境監測、安全與泄漏檢測、醫療與生命科學以及科研實驗室等多個領域中得到了廣泛應用。
作為半導體激光技術發展的里程碑,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,通過調節每層材料的厚度和子帶間距,從而調節波長;其次是級聯含義,它的有源區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射光子,這是普通激光器不具備的一個性能。 基于 TDLAS 技術的無創檢測方法,且效果明顯。
2002年之后,帶間級聯激光器在美國噴氣推進實驗室(JPL)取得了更加快速的發展,在低閾值電流、高工作溫度以及長波長等方向上都取得了矚目的成果。其中**重要的是2005年,研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器(DFB)可以實現甲烷氣體的檢測。并于2007年交付美國國家航空航天局(NASA)的好奇號進行火星的甲烷探測。2008年,美國海軍實驗室(NRL)經過多年優化和發展,終于實現了里程碑式的***臺室溫連續激射的帶間級聯激光器,連續波**高工作溫度可達319K,激射波長為μm。2011年,美國海軍實驗室在材料設計的基礎上,又進一步提出了“載流子再平衡”的概念,解決了有源區中電子和空穴的數量不均等問題,通過改變電子注入區中的摻雜濃度,平衡有源區中過高的空穴濃度。之后,德國伍茲堡大學在“載流子再平衡”的基礎上,提出了短注入區的設計。2014年,美國海軍實驗室通過增加有源級聯區的周期數及分別限制層的厚度,進一步提高了帶間級聯激光器的器件指標,其室溫連續輸出功率達592mW,輸出特性以及輸出波長如圖3和4所示。這也是目前帶間級聯激光器輸出功率的**高指標,并在2015年成功制作級聯數為10的帶間級聯激光器。 QCL相比其它激光器具有體積小、重量輕的特點,其攜帶方便,便于系統化和集成化。北京氨QCL激光器型號
利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測.云南SF6QCL激光器多少錢
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術利用可調諧半導體激光器的特性,通過調制激光器的波長,使其掃描被測氣體分子的吸收峰,從而實現對氣體分子濃度的測量。該技術通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數量,具有高精度和無接觸的特點。調諧半導體吸收光譜(TDLAS)技術是激光吸收光譜(LAS)技術的一種。根據激光器的不同驅動形式,激光吸收光譜(LAS)技術可以分為:直接吸收法和調制吸收法。這兩種技術各有優缺點:直接吸收法:需要鎖定激光器驅動電流,不需加載2f諧波信號,結構簡單,成本低,但容易受干擾,尤其是低頻干擾,所以靈敏度相對低些。調制吸收法:需要給到激光器鋸齒波驅動電流信號,同時需要加載2f諧波信號到驅動電流上,結構會相對復雜一些,成本要比直接吸收法高一些,但是靈敏度高,能夠避開低頻干擾。其中又進一步分為波長調制類和頻率調制類,波長調制類需要更大的調諧范圍,頻率調制類需要很高的掃描頻率和調制頻率,技術復雜,靈敏度更高。 云南SF6QCL激光器多少錢