痕量氣體檢測對于很多領域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程監(jiān)測、燃燒流場診斷、人體呼吸氣體檢測等等。而紅外光譜為分子的振動躍遷光譜,因此在檢測技術中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關注的主流方法之一。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率、可以實現(xiàn)長光程檢測、不需要額外分光部件,儀器能夠進一步小型化等等優(yōu)點。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個波段。相對于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強度比近紅外要大幾個量級。比如,CH4在3.3um處的吸收強度,是其在1.6um處的163倍,理論檢測下限可達0.9ppb/m。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測中,有很好的應用。 QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優(yōu)勢,可能成為呼吸氣體分析技術領域瓶頸的可靠解決方案。江蘇氨QCL激光器供應商
中紅外溫室氣體激光器在環(huán)境監(jiān)測和氣候變化研究中正發(fā)揮著越來越關鍵的作用,隨著全球?qū)厥覛怏w減排的日益重視,市場對高效、精確的氣體檢測設備的需求也在不斷攀升。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術優(yōu)勢,已經(jīng)成為這一領域不可或缺的重要工具。首先,這種激光器能夠精確檢測諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體,其高靈敏度和選擇性使其在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)排放評估以及城市空氣質(zhì)量檢測等方面發(fā)揮著至關重要的作用。各國和企業(yè)逐步加強對溫室氣體排放的監(jiān)管,推動了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應用,比如在城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測中,這些激光器可以實時提供數(shù)據(jù),使得相關部門能夠及時采取措施,改善空氣質(zhì)量,保護民眾的健康。其次,技術的不斷進步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來,激光技術的創(chuàng)新使得這些設備在體積、功耗和成本方面得到了改善。例如,采用新型材料和工藝,使得激光器的體積更加小巧,便于攜帶和部署,同時降低了生產(chǎn)和維護成本。這一趨勢不僅降低了使用門檻,也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應用場景中發(fā)揮作用,滿足市場對靈活性和便攜性的需求,甚至可以應用于野外勘測和移動監(jiān)測等場合。 海南COQCL激光器報價中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強,易于維護等優(yōu)勢。
除了氣體檢測外,帶間級聯(lián)激光器也可用于***領域中。紅外半導體激光器由于體積小、效率高、易調(diào)制、環(huán)境適應強等優(yōu)點在***領域得到了廣泛應用。紅外制導導彈已經(jīng)從***代紅外尋的制導向第四代3~5μm中紅外波段凝視成像制導發(fā)展,該技術**提高了紅外制導導彈的靈敏度和抗干擾能力,使其獲得了更遠的攻擊距離。此外,中紅外波段還可以應用于工業(yè)過程控制、臨床呼吸診斷、紅外景象投影、醫(yī)學醫(yī)療和化學生物威脅探測等領域中;還可以作為光發(fā)射機進行通信,實現(xiàn)自由空間內(nèi)的信息傳輸。目前,可以實現(xiàn)中紅外波段激光器的主要技術手段包括一類(type-Ⅰ)量子阱(QW)銻化鎵(GaSb)基的激光器及其形成的一類級聯(lián)量子阱激光器。此外還有目前在長波紅外和太赫茲波段非常熱門的量子級聯(lián)激光器。本文重點介紹帶間級聯(lián)激光器。
2002年之后,帶間級聯(lián)激光器在美國噴氣推進實驗室(JPL)取得了更加快速的發(fā)展,在低閾值電流、高工作溫度以及長波長等方向上都取得了矚目的成果。其中**重要的是2005年,研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器(DFB)可以實現(xiàn)甲烷氣體的檢測。并于2007年交付美國國家航空航天局(NASA)的好奇號進行火星的甲烷探測。2008年,美國海軍實驗室(NRL)經(jīng)過多年優(yōu)化和發(fā)展,終于實現(xiàn)了里程碑式的***臺室溫連續(xù)激射的帶間級聯(lián)激光器,連續(xù)波**高工作溫度可達319K,激射波長為μm。2011年,美國海軍實驗室在材料設計的基礎上,又進一步提出了“載流子再平衡”的概念,解決了有源區(qū)中電子和空穴的數(shù)量不均等問題,通過改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度,平衡有源區(qū)中過高的空穴濃度。之后,德國伍茲堡大學在“載流子再平衡”的基礎上,提出了短注入?yún)^(qū)的設計。2014年,美國海軍實驗室通過增加有源級聯(lián)區(qū)的周期數(shù)及分別限制層的厚度,進一步提高了帶間級聯(lián)激光器的器件指標,其室溫連續(xù)輸出功率達592mW,輸出特性以及輸出波長如圖3和4所示。這也是目前帶間級聯(lián)激光器輸出功率的**高指標,并在2015年成功制作級聯(lián)數(shù)為10的帶間級聯(lián)激光器。 在大氣污染監(jiān)控中,QCL能夠準確檢測大氣中的微量成分,為環(huán)境保護提供有力支持。
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術利用可調(diào)諧半導體激光器的特性,通過調(diào)制激光器的波長,使其掃描被測氣體分子的吸收峰,從而實現(xiàn)對氣體分子濃度的測量。該技術通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數(shù)量,具有高精度和無接觸的特點。調(diào)諧半導體吸收光譜(TDLAS)技術是激光吸收光譜(LAS)技術的一種。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動形式,激光吸收光譜(LAS)技術可以分為:直接吸收法和調(diào)制吸收法。這兩種技術各有優(yōu)缺點:直接吸收法:需要鎖定激光器驅(qū)動電流,不需加載2f諧波信號,結構簡單,成本低,但容易受干擾,尤其是低頻干擾,所以靈敏度相對低些。調(diào)制吸收法:需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動電流信號,同時需要加載2f諧波信號到驅(qū)動電流上,結構會相對復雜一些,成本要比直接吸收法高一些,但是靈敏度高,能夠避開低頻干擾。其中又進一步分為波長調(diào)制類和頻率調(diào)制類,波長調(diào)制類需要更大的調(diào)諧范圍,頻率調(diào)制類需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率,技術復雜,靈敏度更高。 可調(diào)諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)是一種 具有高分辨率、高靈敏度、快速檢測特點的氣體檢測 技術。山東制造QCL激光器價格
可調(diào)諧半導體激光器調(diào)制光譜技術具有非侵入式原位快速在線測量和遙測等的特有優(yōu)勢。江蘇氨QCL激光器供應商
作為半導體激光技術發(fā)展的里程碑,量子級聯(lián)激光器(QCL)使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現(xiàn)成為可能,為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源,因此QCL日益受到關注。尤其是近10年,越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用,使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯(lián)激光器(QCL)眾所周知,QCL屬于新一代半導體激光器,它的特性不同于傳統(tǒng)半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,應該更加形象。首先是量子含義,是指激光器由納米級厚度的半導體異質(zhì)結超薄層構成,利用量子限制效應,通過調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距,從而調(diào)節(jié)波長;其次是級聯(lián)含義,它的有源區(qū)由多級耦合量子阱串接組成,可實現(xiàn)單電子注入的倍增光子輸出,可望獲得大功率,而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發(fā)射光子,這是普通激光器不具備的一個性能。 江蘇氨QCL激光器供應商