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...
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。 QCL的光束质量好,可以利用光的反射来设计光学长程池从而增加系统的吸收光程,提高系统的灵敏度。山西氧化亚氮QCL激光器报价
随着经济的发展,人类对于大自然的干扰和对环境的破坏愈发严重,无论是酸雨等气候灾害、亦或是全球气候变暖、还是雾霾现象频发,都严重的影响着人们的生存环境。各国科学家对环境监控都十分重视。2008年,正值北京奥运会举办之际,美国普林斯顿科研小组利用量子级联激光器搭建了开路式气体检测系统,对北京进行了空气质量评估。“HIPPO”项目(由美国国家科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气局(NOAA)支持)和“CalNEX”项目(由美国加州空气资源局(CARB)和NOAA支持)正在开展温室气体的相关研究工作。[2]工业监控在石油化工、金属冶炼、矿山开采等行业生产过程中,通过检测产生的相应气体的浓度可以进行进程监控,也可以监控泄露危险气体的浓度,以保障生产安全,已有技术采用μmQCL对工业燃烧排气系统中产生的NO气体进行实时检测,并使用μm的脉冲QCL对物产生的气体进行光学检测。医学应用有的疾病会造成人类呼出气体成分的异常升高,通过对呼出气体的种类和浓度进行准确的分析,可以对临床诊断和提供有价值的参考,而且不必因为使用CT等仪器而引入过多的辐射。例如,患有糖尿病、肝脏和肾脏疾病的患者呼出的气体中NH3浓度会出现异常。 广西半导体QCL激光器工厂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。
作为半导体激光技术发展的里程碑,量子级联激光器(QCL)使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能,为气体分析等中红外应用提供了新型光源,因此QCL日益受到关注。尤其是近10年,越来越多的科研人员开始研究QCL在气体检测方面的应用,使得它的优势和潜力被更多的认识和挖掘。中远红外量子级联激光器(QCL)众所周知,QCL属于新一代半导体激光器,它的特性不同于传统半导体激光器。用中科院半导体所刘峰奇研究员的“两层含义”解释,应该更加形象。首先是量子含义,是指激光器由纳米级厚度的半导体异质结超薄层构成,利用量子限制效应,通过调节每层材料的厚度和子带间距,从而调节波长;其次是级联含义,它的有源区由多级耦合量子阱串接组成,可实现单电子注入的倍增光子输出,可望获得大功率,而普通的半导体激光器是利用电子空穴对的复合发射光子,这是普通激光器不具备的一个性能。
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。 光谱技术在气体检测领域有着广泛的应用,其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三种主要技术。
工农业生产、化石燃料燃烧、机动车尾气排放等人类活动产生的过量温室气体加剧了全球气候变暖,研究和发展适用于不同空间、时间尺度的温室气体精确、快速、动态检测技术是环境气候研究的基础和前提。基于光谱学原理的气体检测技术,具有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点,是目前温室气体监测技术的主流研究方向。针对当前温室气体点源、面源、区域、全球等尺度下的监测需求,综合利用多种形式的光谱学测量手段,开展地面探测、地基探测、机载探测和星载探测四种典型光学观测,获取温室气体空间分布、季节变化和年变化的特征和趋势,这对理解区域碳排放、掌握源汇信息、研究环境气候变化规律等具有重要意义。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三种气体造成温室效应的能力强,但从对全球升温的贡献百分比来说,CO2、CH4和N2O三大主要温室气体所占的比例大,它们对全球变暖的总体贡献占到77%,浓度也呈现出逐年升高的趋势。 QCL则将范围拓展到了中远红外波段,使其在气体检测、空间通讯等方面得到了越来越多的应用。江苏制造QCL激光器加工
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;山西氧化亚氮QCL激光器报价
量子级联激光器(QuantumCascadeLaser)是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟,它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势,在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点,特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势,使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器(QuantumcascadeLaser,QCL)是基于半导体耦合量子阱子带(一般为导带)间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子(quantum)指的是通过调整有源区量子阱的厚度可以改变子带的能级间距,实现对波长的“裁剪”,另外也指器件的尺寸较小。级联(cascade)的意思是有源区中上一组成部分的输出是下一部分的输入,一级接一级串联在一起。激光器(Laser)是指产生特定波长的光源。量子级联激光器的波长可以覆盖在、通信、气体检测等领域极具应用价值的中远红外波段。 山西氧化亚氮QCL激光器报价
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...
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