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。 QCL相比其它激光器具有體積小、重量輕的特點(diǎn),其攜帶方便,便于系統(tǒng)化和集成化。河北NOQCL激光器報價
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。 貴州COQCL激光器封裝可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)和二氧化碳檢測技術(shù)可以測得二氧化碳?xì)怏w濃度值。
在現(xiàn)代民用領(lǐng)域,QCL激光器(量子級聯(lián)激光器)作為紅外對抗系統(tǒng)的重要組成部分,正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,以及對安全和效率的日益重視,QCL激光器在紅外對抗中的應(yīng)用案例層出不窮,展現(xiàn)出其的性能和的適用性。以某國家的防空系統(tǒng)為例,該系統(tǒng)在面對敵方導(dǎo)彈威脅時,采用了QCL激光器紅外對抗技術(shù)。這一技術(shù)通過精確發(fā)射特定波長的激光,成功地干擾了敵方導(dǎo)彈的紅外尋的系統(tǒng),顯著提高了防空能力。通過這種方式,防空系統(tǒng)不僅能夠有效保護(hù)關(guān)鍵設(shè)施的安全,還能夠降低潛在的經(jīng)濟(jì)損失。這一成功應(yīng)用案例展示了QCL激光器在實(shí)際戰(zhàn)斗環(huán)境中的高效性和實(shí)用性,同時也反映了現(xiàn)代中科技應(yīng)用的重要性。
基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng),以其高靈敏度、高分辨率及實(shí)時響應(yīng)的優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。本研究首先解析了TDLAS技術(shù)的基本原理,明確了其在氨逃逸檢測中的獨(dú)特作用機(jī)制,進(jìn)而設(shè)計了包含穩(wěn)定系統(tǒng)架構(gòu)與精細(xì)功能模塊劃分的氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段,通過精心挑選的硬件組件與優(yōu)化的軟件算法,確保了系統(tǒng)的高效運(yùn)行與準(zhǔn)確監(jiān)測。隨后,對系統(tǒng)進(jìn)行了的性能測試,結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測并準(zhǔn)確記錄氨逃逸數(shù)據(jù),為環(huán)境保護(hù)與工業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用案例,也為氨逃逸監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路與方向。未來,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與應(yīng)用的持續(xù)拓展,TDLAS技術(shù)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,推動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的整體發(fā)展。 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。
量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)作為一種新興的激光技術(shù),正在多個領(lǐng)域中展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用潛力。其的優(yōu)點(diǎn)使得產(chǎn)品在市場上備受青睞,尤其是在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療成像和工業(yè)檢測等方面。首先,量子級聯(lián)激光器具有出色的波長可調(diào)性,能夠在中紅外范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)射。這一特性使得量子級聯(lián)激光器在氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用尤為突出。通過精確的波長調(diào)節(jié),用戶可以針對特定氣體進(jìn)行高靈敏度的檢測,從而有效解決了傳統(tǒng)傳感器難以檢測低濃度有害氣體的問題。這不僅提高了環(huán)境監(jiān)測的精度,也為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有力保障。其次,量子級聯(lián)激光器在醫(yī)療成像領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。其高功率和高效率的特性,能夠提升成像系統(tǒng)的分辨率和信噪比,使得醫(yī)生能夠更清晰地觀察到組織和的狀態(tài)。這對于早期疾病的診斷和方案的制定具有重要意義,從而提高了患者的效率,降低了醫(yī)療成本。 TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時測量",環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),易于設(shè)備的小型化。江蘇HerriotQCL激光器定制
基于 TDLAS 技術(shù)的無創(chuàng)檢測方法,且效果明顯。河北NOQCL激光器報價
波長覆蓋范圍寬量子級聯(lián)激光器從波長設(shè)計原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同,常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度,而QCL的激射波長是由導(dǎo)帶中子帶間的能級間距決定的,可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級間距,從而改變QCL的激射波長。從理論上講,QCL可以覆蓋中遠(yuǎn)紅外到THz波段。[2]單個激光器激射波長連續(xù)可調(diào)諧對于各種氣體的檢測,需要激光器的波長精確平滑地從一個波長調(diào)諧到另一個波長。對于特定氣體的檢測,波長更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線,也稱為分子“指紋”。另外,通過波長調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線,可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。單個激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進(jìn)行調(diào)諧,已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度,得到波長9μm激光器中心頻率,約為10cm-1。而使用外置光柵,可以得到更寬的波長調(diào)諧范圍。 河北NOQCL激光器報價