傳統(tǒng)的半導體激光器,工作原理都是依靠半導體材料中導帶的電子和價帶中的空穴復合而激發(fā)光子,其激射波長由半導體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制,使得半導體激光器難以發(fā)出中遠紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對應(yīng)能出射中遠紅外的半導體材料-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。為了使半導體激光器也能激射中遠紅外以及太赫茲波段的光,科研人員跳出了基于半導體材料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體材料導帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大,其出射波長由導帶的子帶間的能量差所決定,和半導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現(xiàn)波長的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。 DFB激光器能避免其他背景氣體的交叉干擾,使檢測系統(tǒng)具有較好的測量精度。江蘇H2OQCL激光器供應(yīng)商
量子級聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級聯(lián)激光器的發(fā)明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(xiàn)成為可能。一般而言,量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)包括量子級聯(lián)激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯(lián)激光器從結(jié)構(gòu)上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F(xiàn)-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯(lián)激光器由于其獨特的設(shè)計原理使其具有如下的獨特優(yōu)勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調(diào)諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環(huán)境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進步,目前量子級聯(lián)激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續(xù)工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC激光器裝進一個氣密性封裝內(nèi),比較大限度的保護了激光器的性能和壽命。 貴州SF6QCL激光器多少錢在光化學和生物學領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于研究分子結(jié)構(gòu)和生物過程;
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,波長選擇機制為藍色,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作。
在環(huán)境污染分子的監(jiān)測分析中,典型的應(yīng)用有、、。近紅外光譜的一個優(yōu)點是壓力加寬不是一個很大的問題,因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點是有許多分子在該譜區(qū)沒有吸收,雖然在測量復雜混合物時,這也許是一個優(yōu)點。中紅外波段工作在3-13μm的“指紋”區(qū),是氣體分子基帶吸收。這個波段分子吸收線的強度比近紅外波段要大幾個量級。如:CH4在,理論檢測下限可達;CO在,理論檢測可達。通常分子在這個波段的振動和轉(zhuǎn)動光譜譜線非常豐富密集,典型的光譜線寬約為2×10-3cm-1(~60MHz)。中紅外波段激光光譜技術(shù)目前主要受到激光光源的限制,但近幾年來,隨著紅外激光技術(shù)的發(fā)展和新型中紅外相干光源技術(shù)的發(fā)展,在中紅外波段進***體分子的超高靈敏檢測技術(shù)有了長足的進步。 光譜技術(shù)在氣體檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術(shù)。
1994年4月,貝爾實驗室在《科學》上報道了***個子帶間量子級聯(lián)激光器。帶間級聯(lián)和量子級聯(lián)激光器的研究都源于早期對于半導體超晶格的研究以及通過子帶間躍遷實現(xiàn)激光器的探索。在帶間級聯(lián)激光器提出的2~3年內(nèi),空穴注入?yún)^(qū)就已經(jīng)提出并加入到了帶間級聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)中。同時,W型二類量子阱的概念也被提出,并取代了原先的單邊型的二類量子阱??昭ㄗ⑷?yún)^(qū)和W型有源區(qū)的設(shè)計直到***也一直被采用。1997年,由休斯頓大學和桑迪亞國家實驗室合作完成的***臺可達170K低溫工作的帶間級聯(lián)激光器被報道出來,此后,對于二類量子阱的研究也取得了一定進展,而帶間級聯(lián)激光器也在1998~2000年工作溫度逐漸提升至250~286K,微分量子效率超過了傳統(tǒng)極限的100%,從而證實了級聯(lián)過程。里程碑式的突破是在2002年,研究人員Yang等實現(xiàn)了***臺室溫脈沖激射的帶間級聯(lián)激光器,由18個周期構(gòu)成。 QCL會被集成到光譜儀中,完成紅外光譜檢測。QCL被認為是中遠紅外范圍內(nèi)氣體檢測的優(yōu)勢光源。山東加工QCL激光器多少錢
可調(diào)諧激光器的廣波長調(diào)諧能力和高精度控制特性,使其在多個領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。江蘇H2OQCL激光器供應(yīng)商
TDLAS能實現(xiàn)"原位、連續(xù)、實時測量",環(huán)境適應(yīng)力強,易于設(shè)備的小型化。因此可以掙脫實驗室的束縛,在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳。比如大氣環(huán)境在線監(jiān)測、發(fā)動機效率檢測、汽車尾氣測量、工業(yè)過程氣體實時監(jiān)測等等。TDLAS利用半導體激光器的波長調(diào)諧特性,可獲得被選定的待測氣體特征吸收峰的吸收光譜,從而對氣體定性或者定量的分析。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小,所以也稱之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡單來說就是這些氣體"分子指紋"的識別系統(tǒng),具有很強的選擇性。此外,TDLAS的檢測靈敏度也是較高的,不過檢出限能達到怎樣的量級,就和所用光源有著很大的關(guān)系。常見的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm,基本是中紅外的天下,所以,作為中紅外激光光源的QCL,則可展現(xiàn)性能優(yōu)勢。再加之高輸出功率,檢出限可達到ppb,甚至ppt級別。這比傳統(tǒng)的近紅外光源所能達到的水平,整整高出了3~6個量級。 江蘇H2OQCL激光器供應(yīng)商