QCL激光器:革新光电科技,带领未来产业变革 正文: 在科技日新月异的现在,激光技术作为现代科技的重要支柱之一,不断推动着工业、医疗、通信等多个领域的发展。作为激光技术的新星,QCL激光器(Quantum Cascade Laser,量子级联激光器)以其独特的优势和前所未有的性能,正带领着一场光电科...
1994年4月,贝尔实验室在《科学》上报道了***个子带间量子级联激光器。带间级联和量子级联激光器的研究都源于早期对于半导体超晶格的研究以及通过子带间跃迁实现激光器的探索。在带间级联激光器提出的2~3年内,空穴注入区就已经提出并加入到了带间级联激光器的结构中。同时,W型二类量子阱的概念也被提出,并取代了原先的单边型的二类量子阱。空穴注入区和W型有源区的设计直到***也一直被采用。1997年,由休斯顿大学和桑迪亚国家实验室合作完成的***台可达170K低温工作的带间级联激光器被报道出来,此后,对于二类量子阱的研究也取得了一定进展,而带间级联激光器也在1998~2000年工作温度逐渐提升至250~286K,微分量子效率超过了传统极限的100%,从而证实了级联过程。里程碑式的突破是在2002年,研究人员Yang等实现了***台室温脉冲激射的带间级联激光器,由18个周期构成。 QCL在高灵敏检测方面具备天然的优势,可能成为呼吸气体分析技术领域瓶颈的可靠解决方案。云南COQCL激光器哪家好
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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)。
传统的半导体激光器,工作原理都是依靠半导体材料中导带的电子和价带中的空穴复合而激发光子,其激射波长由半导体材料的禁带宽度所决定,由于受禁带宽度的限制,使得半导体激光器难以发出中远红外以及太赫兹波段的激光。自然界不多的对应能出射中远红外的半导体材料-铅盐系材料,其只能在低温下工作(低于77K),且输出功率极低,为微瓦级别。为了使半导体激光器也能激射中远红外以及太赫兹波段的光,科研人员跳出了基于半导体材料p-n结发光的理论,提出了量子级联激光器的构想。量子级联激光器的工作原理为电子在半导体材料导带的子带间跃迁和声子共振辅助隧穿从而产生光放大,其出射波长由导带的子带间的能量差所决定,和半导体材料的禁带宽度无关,因此可以通过设计量子阱层的厚度来实现波长的控制。如图1.(A)传统半导体激光器其发光原理(B)QCL发光原理。 在光谱学领域,可调谐激光器可以用于精确测量物质的光谱特性;
激光器的发展里程碑如下:1960年发明的固态激光器和气体激光器,1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器(QCL)是激光领域的三个重大性里程碑。量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定,填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与,其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转,从而实现单电子注入的多光子输出,并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子"循环"起来,从而造就了一种令人惊叹的激光器。因此,量子级联激光器的发明被视为半导体激光理论的一次和里程碑。 0.76~25μm 为近红外,25~30μm 为中红外,30~1000 μm为远红外。北京半导体QCL激光器公司
可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种 具有高分辨率、高灵敏度、快速检测特点的气体检测 技术。云南COQCL激光器哪家好
在现代民用领域,QCL激光器(量子级联激光器)作为红外对抗系统的重要组成部分,正逐渐显示出其不可或缺的地位。随着技术的不断进步,以及对安全和效率的日益重视,QCL激光器在红外对抗中的应用案例层出不穷,展现出其的性能和的适用性。以某国家的防空系统为例,该系统在面对敌方导弹威胁时,采用了QCL激光器红外对抗技术。这一技术通过精确发射特定波长的激光,成功地干扰了敌方导弹的红外寻的系统,显著提高了防空能力。通过这种方式,防空系统不仅能够有效保护关键设施的安全,还能够降低潜在的经济损失。这一成功应用案例展示了QCL激光器在实际战斗环境中的高效性和实用性,同时也反映了现代中科技应用的重要性。 云南COQCL激光器哪家好
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