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...
量子级联激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)作为一种新兴的激光技术,正在多个领域中展现出其独特的优势和广泛的应用潜力。其的优点使得产品在市场上备受青睐,尤其是在环境监测、医疗成像和工业检测等方面。首先,量子级联激光器具有出色的波长可调性,能够在中红外范围内实现高效发射。这一特性使得量子级联激光器在气体传感领域的应用尤为突出。通过精确的波长调节,用户可以针对特定气体进行高灵敏度的检测,从而有效解决了传统传感器难以检测低浓度有害气体的问题。这不仅提高了环境监测的精度,也为企业的安全生产提供了有力保障。其次,量子级联激光器在医疗成像领域也展现出了巨大的优势。其高功率和高效率的特性,能够提升成像系统的分辨率和信噪比,使得医生能够更清晰地观察到组织和的状态。这对于早期疾病的诊断和方案的制定具有重要意义,从而提高了患者的效率,降低了医疗成本。 在光化学和生物学领域,可调谐激光器可以用于研究分子结构和生物过程;陕西CO2QCL激光器加工
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。 天津CO2QCL激光器批发可调谐半导体激光器调制光谱技术具有非侵入式原位快速在线测量和遥测等的特有优势。
复杂生态环境温室气体不同空间、时间尺度的浓度监测是了解温室气体源与汇的基础。目前适应生态环境温室气体长期连续监测的技术手段仍有待研究。可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一种非侵入式光谱测量技术,具有高选择、高灵敏度、高分辨等特点,与目前新兴的中红外量子级联激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相结合,可实现分子"基频"吸收光谱测量,进一步提高检测灵敏度,达到温室气体区域环境监测需求。激光气体分析利用激光光谱技术,通过气体对特定波长激光的吸收特性来检测气体浓度。适用于检测具有特定吸收特性的气体,如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、氧化亚氮和氨气。凭借其高精度、快速响应和非接触式检测的特点,激光气体分析仪在工业过程控制、环境监测、安全与泄漏检测、医疗与生命科学以及科研实验室等多个领域中得到了广泛应用。
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%。 TDLAS:当激光波长与待测气体分子的吸收线匹配时,分子会吸收部分能量,透射光强度的变化,计算气体浓度。
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。 激光气体分析被用于各种气体检测研究。高精度和灵敏度使其成为研究气体环境科学和物理化学性质的理想设备。广东水QCL激光器定制
QCL会被集成到光谱仪中,完成红外光谱检测。QCL被认为是中远红外范围内气体检测的优势光源。陕西CO2QCL激光器加工
在环境污染分子的监测分析中,典型的应用有、、。近红外光谱的一个优点是压力加宽不是一个很大的问题,因此可以在近大气压或开放光程工作。缺点是有许多分子在该谱区没有吸收,虽然在测量复杂混合物时,这也许是一个优点。中红外波段工作在3-13μm的“指纹”区,是气体分子基带吸收。这个波段分子吸收线的强度比近红外波段要大几个量级。如:CH4在,理论检测下限可达;CO在,理论检测可达。通常分子在这个波段的振动和转动光谱谱线非常丰富密集,典型的光谱线宽约为2×10-3cm-1(~60MHz)。中红外波段激光光谱技术目前主要受到激光光源的限制,但近几年来,随着红外激光技术的发展和新型中红外相干光源技术的发展,在中红外波段进***体分子的超高灵敏检测技术有了长足的进步。 陕西CO2QCL激光器加工
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