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...
中远红外波段包含了两个重要的大气窗口3-5μm和8-13μm波段,很多气体的特征吸收峰都在这个波段,如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等,还有一些人体疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征气体的吸收谱线也处于此波段,如图4。不同气体的特征吸收峰基于QCL的检测系统,具有体积小、检测速度快、精确度高等特点,可以广泛的应用在环境检测、痕量气体检测、医疗诊断等方面,基于QCL的气体检测系统是QCL重要的应用之一,如气体检测系统如图5。相比于传统的气体检测技术(电化学检测、气相色谱分析、红外LED),量子级联激光器在气体检测的优势如下:1、量子级联激光器具有很窄的光谱线宽,可以获得气体分子、原子光谱线中精细结构,因此基于量子级联激光器的气体检测系统分辨率要远高于其他光谱检测方法,而且系统中不需要分光器件,可以通过调谐QCL的波长,就可在光电探测器中直接得到其吸收光谱。2、QCL的光束质量好,其出射光的发散角小,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,进而就可以提高系统的灵敏度,这对于低浓度的气体检测十分有效。 利用QCL作为光源则在很大程度上扩展了可探测波段,也在一定程度上提高了探测极限。广西CH4QCL激光器加工
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。 湖北制造QCL激光器多少钱在光谱学领域,可调谐激光器可以用于精确测量物质的光谱特性;
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术利用可调谐半导体激光器的特性,通过调制激光器的波长,使其扫描被测气体分子的吸收峰,从而实现对气体分子浓度的测量。该技术通过红外吸收来测量激光通过被测气体时被吸收的数量,具有高精度和无接触的特点。调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术是激光吸收光谱(LAS)技术的一种。根据激光器的不同驱动形式,激光吸收光谱(LAS)技术可以分为:直接吸收法和调制吸收法。这两种技术各有优缺点:直接吸收法:需要锁定激光器驱动电流,不需加载2f谐波信号,结构简单,成本低,但容易受干扰,尤其是低频干扰,所以灵敏度相对低些。调制吸收法:需要给到激光器锯齿波驱动电流信号,同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上,结构会相对复杂一些,成本要比直接吸收法高一些,但是灵敏度高,能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类,波长调制类需要更大的调谐范围,频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率,技术复杂,灵敏度更高。
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。 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。
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。 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。北京N2OQCL激光器价格
分布式反馈激光二极管(DFB-LD)检测某种气体,该二极管具有特定于该气体的光吸收波长。广西CH4QCL激光器加工
在当今高科技迅猛发展的时代,量子级联激光器(QCL激光器)凭借其性能,越来越受到气体检测领域的关注。作为一种高灵敏度的激光器,QCL激光器能够在极低浓度的气体环境下进行准确检测,为环境监测和工业应用提供可靠的数据支持。这一特性使得QCL激光器成为气体分析的工具,尤其在安全监测和环境保护等领域,其应用价值不可小觑。QCL激光器的另一个优势在于其强大的选择性。与其他类型的激光器相比,QCL激光器能够有效地区分不同气体分子的吸收特性。这意味着在复杂的气体混合环境中,QCL激光器能够精确识别特定气体的存在,从而减少误报的可能性,极大地提高了检测的可靠性和准确性。这种选择性不仅提升了产品的市场竞争力,同时也为客户带来了更高的满意度。 广西CH4QCL激光器加工
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