山东NOQCL激光器型号

时间:2025年03月19日 来源:

    带间级联激光器(ICL)是实现3~5μm波段中红外激光器的重要前沿,其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。近年来,半导体带间级联激光器的量子阱能带理论设计方法和激光器制备**技术得到迅速提升。带间级联激光器是一种以Å族体系为主,通过量子工程的能带设计及其材料外延、工艺制作而成的可以工作于中红外波段的激光器。由于结合了传统的量子阱激光器较长的上能级载流子复合寿命,以及量子级联激光器(QCL)通过级联结构实现较高内量子效率的优点,在中红外波段具有较大的优势。研究背景中红外波段包含了许多气体分子的吸收峰,对于气体分子而言,在中红外波段的中心吸收截面一般比其在近红外区的中心吸收截面高几个数量级。因此,为了获得更高的灵敏度和更低的检测限,利用中红外的可调谐半导体激光器吸收光谱技术(TDLAS)可以实现对特殊或有毒气体的检测。常见的位于中红外波段的气体分子如图1所示,诸如矿井气体甲烷(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,氯化氢(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氢(HBr)分子吸收峰位于4020nm。 在工业污染分析中,QCL的快速响应和高灵敏度使其能够实时监测烟尘颗粒的组成和浓度。山东NOQCL激光器型号

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    红外激光光谱学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。主要的应用有:(1)高选择性,高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。(2)它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。由于这个特点,很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。(3)它具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有:分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、检测、大气中痕量污染气体监测等。因此,可调谐红外激光光谱新方法及其环境污染时空分布监测研究对国家可持续发展和解决环境领域中必不可少的监测分析新方法与新技术有重要的科学意义和实用价值。应用该技术的主要领域有:1、分子光谱研究:光谱结构、线宽、线强等;2、大气痕量气体检测:CH2O、CH4、CO2、NH3等;3、工业过程监测控制:CO、CO2、H2O、NH3等;4、医疗诊断:NO、CO、CO2、CH4等;5、机动车尾气测量:CO、CO2、NH3、NO等。 青海标准QCL激光器公司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。

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    分子红外光谱与分子的结构密切相关,是研究表征分子结构的一种有效手段,将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上,某些特定波长的红外射线被吸收,形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物(没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现)。因此,除了单原子和同核分子如Ne、He、H2等之外,几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体,某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外,凡是具有结构不同的两个化合物,一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度,反映了分子结构上的特点,可以用来鉴定未知物的结构组成或其化学基团;而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关,可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强,气体、液体、固体样品都可测定,并具有用量少,分析速度快,不破坏样品的特点。因此,红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样,能进行定性和定量分析,而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的**有用方法之一。

    2002年之后,带间级联激光器在美国喷气推进实验室(JPL)取得了更加快速的发展,在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年,研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器(DFB)可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局(NASA)的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年,美国海军实验室(NRL)经过多年优化和发展,终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器,连续波**高工作温度可达319K,激射波长为μm。2011年,美国海军实验室在材料设计的基础上,又进一步提出了“载流子再平衡”的概念,解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题,通过改变电子注入区中的掺杂浓度,平衡有源区中过高的空穴浓度。之后,德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上,提出了短注入区的设计。2014年,美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度,进一步提高了带间级联激光器的器件指标,其室温连续输出功率达592mW,输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标,并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 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。

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    QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。增益介质显示为灰色,波长选择机制为蓝色,镀膜面为橙色,输出光束为红色。1.简单的结构是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P结构中,切割面为激光提供反馈,有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构(DFB-QCL)可以输出较窄的光谱,但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过大范围的温度调谐,DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐(通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围,或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围)。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来,形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出,又可以在QC芯片整个增益带宽上(数百cm-1)提供快调谐(速度超过10ms)。由于ECqcL结构使用低损耗元件,因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 可调谐激光器以其独特的波长可调谐特性,成为了现代激光科技的重要支柱。辽宁加工QCL激光器

QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。山东NOQCL激光器型号

    红外光谱检测方法主要有使用宽带光源的傅里叶变换红外光谱(FTIR)和非分散红外光谱(NDIR)技术,以及红外激光光谱技术。与使用宽带光源的FTIR和NDIR相比,红外激光光谱由于采用高单色性的红外激光作为光源,具有更高的光谱分辨率,不需要使用额外的分光部件,易于实现仪器的小型化。另外,高功率密度激光光源更方便实现长光程检测。红外激光光谱学依据波段分为近红外光谱和中红外光谱。近红外波段工作在-μm的近红外区,相应于某些分子的“泛频”谱带。分子在这些谱带的吸收系数比中红外的基频吸收要弱得多,一般要低2-3数量级。尽管如此,由III-V族化合物制成的半导体激光由于在通信和电子工业元件方面的广泛应用,其价格相对便宜,质量、性能和输出功率都相当优越,且在接近室温工作,使其在一些浓度较高或对灵敏度要求较低的污染源排放的气体监测中得到了很好的应用,足以达到ppm的检测水平,甚至到达ppb的水平,接近中红外光谱系统检测灵敏度的1-10%。 山东NOQCL激光器型号

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