北京新型QCL激光器工厂

时间:2025年03月17日 来源:

    可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条**的气体吸收线。为了实现比较高的选择性,分析一般在低压下进行,这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的,现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。可调谐半导体激光器,目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面发射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器。 QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。北京新型QCL激光器工厂

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    相比较与其它激光器,量子级联激光器的优点如下:1)中远红外和太赫兹波段出射;在QCL发明之前,半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段,当我们需要使用中远红外和太赫兹波段的激光时,半导体激光器对此则有些无能为力,不同体系激光器激射波长范围如图3。QCL的发明,使得半导体激光器也能激射出中远红外和太赫兹波段的激光。如图3.不同激光器发光范围[15]2)宽波长范围;QCL激射波长取决于子带间能量差,可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制,所以量子级联激光器的激射波长范围极宽(约3-250μm),并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出。3)体积小;QCL相比其它激光器如:一氧化碳激光器(激射波长为4-5μm)和二氧化碳激光器(激射波长为μm),具有体积小、重量轻的特点,其携带方便,便于系统化和集成化。4)单极型结构;传统结构半导体激光器为双极型,其出光原理依靠的是p-n结中导带电子和价带空穴复合所产生的受激辐射,而QCL全程只有电子参与,空穴并未参与辐射发光过程,所以量子级联激光器为单极型激光器,且其出射的激光具有很好的单向偏振性。5)高的电子利用效率;因为QCL所独特的级联结构,电子在参与完子带间跃迁发光后,并没有湮灭。 浙江二氧化碳QCL激光器公司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;

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    在工业检测方面,量子级联激光器以其小型化和集成化的设计,完美适应了现代工业的需求。它能够以更低的能耗和更小的体积完成复杂的检测任务。这对于降低企业的运营成本,提高生产效率,具有重要的推动作用。许多企业通过引入量子级联激光器技术,成功减少了设备占用空间,并提升了生产线的自动化程度。综合来看,量子级联激光器凭借其高效、灵活和经济的特性,正逐步改变各行各业的技术格局。无论是在环境监测、医疗成像还是工业检测领域,量子级联激光器都为客户提供了切实可行的解决方案,帮助企业提高效率、降低成本,从而在竞争激烈的市场环境中脱颖而出。随着技术的不断进步和应用范围的扩大,量子级联激光器的未来将更加光明,值得行业内外的共同关注。

    量子级联激光器是基于多个量子阱异质结中掩埋次能级跃迁的单极半导体注入激光器,它们是通过能带工程并通过分子束外延生长方法得到的。QCL激光器的输出波长依赖于量子阱和作用区掩埋层的厚度而不是激光材料的能级。由于QCL输出波长不受带隙宽度的限制,因而能够被制成在中红外波长区较宽范围里输出。QCL的输出波长区可以从µm到60µm,激光输出功率可以达到几个mW。QCL在脉冲工作方式下可以工作在室温下,并且已经被用于痕量气体的光谱检测,但由于脉冲激光固有特点使其线宽相对较宽。虽然单模连续输出DFB-QCL已早有报道,但到目前为止,还没有痕量气体检测的报道。鉴于目前中红外光谱区传统激光技术存在的需要低温制冷等限制,利用技术成熟的近红外激光光源的参量频率转换实现室温下连续波中红外相干光源输出是一个有效的补充。在中红外光谱相干光输出的参量过程主要有光参量振荡(OPO)和差频变换(DFG)。 通讯是DFB的主要应用,如1310nm,1550nm DFB激光器的应用,这里主要介绍非通讯波段DFB激光器的应用。

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    常见的温室气体光谱学检测技术主要包括非分散红外光谱技术(NDIR)、傅立叶变换光谱技术(FTIR)、差分光学吸收光谱技术(DOAS)、差分吸收激光雷达技术(DIAL)、可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)、离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)、光腔衰荡光谱技术(CRDS)、激光外差光谱技术(LHS)、空间外差光谱技术(SHS)等。其中,NDIR技术利用气体分子对宽带红外光的吸收光谱强度与浓度成正比的关系,进行温室气体反演,具有结构简单、操作方便、成本低廉等优点,但仪器的光谱分辨率和检测灵敏度较低。FTIR技术通过测量红外光的干涉图,并对干涉图进行傅立叶积分变换,从而获得被测气体红外吸收光谱,能够实现多种组分同时监测,适用于温室气体的本底、廓线和时空变化测量及其同位素探测,仪器系统较为复杂,价格比较昂贵。DOAS也是一种宽带光谱检测技术,能够实现多气体组分探测,仪器光谱分辨率较低,易受水汽和气溶胶的影响。DIAL技术是一种利用气体分子后向散射效应对气体遥感探测的光谱技术,具有高精度、远距离、高空间分辨等优点,系统较为复杂,成本较高。TDLAS技术利用窄线宽的可调谐激光光源,完整地扫描到气体分子的一条或几条吸收谱线。可调谐激光器的广波长调谐能力和高精度控制特性,使其在多个领域具有巨大的应用潜力。北京HerriotQCL激光器型号

TDLAS技术有高效、选择高、响应快、适应性强等优点,通过追踪分子的吸收光谱获得特征参数的重要手段。北京新型QCL激光器工厂

    TDLAS能实现"原位、连续、实时测量",环境适应力强,易于设备的小型化。因此可以挣脱实验室的束缚,在产业应用中大展拳脚。比如大气环境在线监测、发动机效率检测、汽车尾气测量、工业过程气体实时监测等等。TDLAS利用半导体激光器的波长调谐特性,可获得被选定的待测气体特征吸收峰的吸收光谱,从而对气体定性或者定量的分析。每种气体分子的吸收峰受其他气体吸收干扰很小,所以也称之为"分子的指纹峰"TDLAS技术简单来说就是这些气体"分子指纹"的识别系统,具有很强的选择性。此外,TDLAS的检测灵敏度也是较高的,不过检出限能达到怎样的量级,就和所用光源有着很大的关系。常见的污染气体的"指纹峰"主要集中在4μm-10μm,基本是中红外的天下,所以,作为中红外激光光源的QCL,则可展现性能优势。再加之高输出功率,检出限可达到ppb,甚至ppt级别。这比传统的近红外光源所能达到的水平,整整高出了3~6个量级。 北京新型QCL激光器工厂

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