相比較與其它激光器,量子級聯(lián)激光器的優(yōu)點如下:1)中遠紅外和太赫茲波段出射;在QCL發(fā)明之前,半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長主要在可見光和近紅外波段,當(dāng)我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時,半導(dǎo)體激光器對此則有些無能為力,不同體系激光器激射波長范圍如圖3。QCL的發(fā)明,使得半導(dǎo)體激光器也能激射出中遠紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發(fā)光范圍[15]2)寬波長范圍;QCL激射波長取決于子帶間能量差,可以通過設(shè)計量子阱層厚度來實現(xiàn)波長控制,所以量子級聯(lián)激光器的激射波長范圍極寬(約3-250μm),并且可以根據(jù)實際需求設(shè)計特定波長的激光輸出。3)體積??;QCL相比其它激光器如:一氧化碳激光器(激射波長為4-5μm)和二氧化碳激光器(激射波長為μm),具有體積小、重量輕的特點,其攜帶方便,便于系統(tǒng)化和集成化。4)單極型結(jié)構(gòu);傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器為雙極型,其出光原理依靠的是p-n結(jié)中導(dǎo)帶電子和價帶空穴復(fù)合所產(chǎn)生的受激輻射,而QCL全程只有電子參與,空穴并未參與輻射發(fā)光過程,所以量子級聯(lián)激光器為單極型激光器,且其出射的激光具有很好的單向偏振性。5)高的電子利用效率;因為QCL所獨特的級聯(lián)結(jié)構(gòu),電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后,并沒有湮滅。 在光化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于研究分子結(jié)構(gòu)和生物過程;西藏二氧化碳QCL激光器供應(yīng)商
QCL的優(yōu)勢源于其獨特的能帶工程設(shè)計。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器依賴電子-空穴復(fù)合發(fā)光不同,QCL通過量子阱結(jié)構(gòu)中子能帶的電子躍遷實現(xiàn)受激輻射,其發(fā)光波長由量子阱的厚度與材料組分決定,而非材料本身的禁帶寬度。這一特性使QCL的波長覆蓋范圍擴展至中紅外(3-25μm)甚至太赫茲波段,填補了傳統(tǒng)激光器在氣體分子“指紋區(qū)”的光譜空白——許多氣體分子(如甲烷、一氧化碳、揮發(fā)性有機物等)在中紅外波段具有強烈的特征吸收峰,QCL的出現(xiàn)為高靈敏度氣體檢測提供了理想光源。寧夏半導(dǎo)體QCL激光器價格量子級聯(lián)激光器是一種新型半導(dǎo)體激光器,體積小、壽命長等特點,其工作原理卻和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器截然不同。
紅外激光光譜學(xué)獨特的優(yōu)勢以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價值,是近年來非常熱門的研究領(lǐng)域之一。主要的應(yīng)用有:(1)高選擇性,高分辨率的光譜技術(shù),由于分子光譜的“指紋”特征,它不受其它氣體的干擾。這一特性與其它方法相比有明顯的優(yōu)勢。(2)它是一種對所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術(shù),同樣的儀器可以方便的改成測量其它組分的儀器,只需要改變激光器和標(biāo)準(zhǔn)氣。由于這個特點,很容易就能將其改成同時測量多組分的儀器。(3)它具有速度快,靈敏度高的優(yōu)點。在不失靈敏度的情況下,其時間分辨率可以在ms量級。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有:分子光譜研究、工業(yè)過程監(jiān)測控制、燃燒過程診斷分析、發(fā)動機效率和機動車尾氣測量、檢測、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測等。因此,可調(diào)諧紅外激光光譜新方法及其環(huán)境污染時空分布監(jiān)測研究對國家可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境領(lǐng)域中必不可少的監(jiān)測分析新方法與新技術(shù)有重要的科學(xué)意義和實用價值。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有:1、分子光譜研究:光譜結(jié)構(gòu)、線寬、線強等;2、大氣痕量氣體檢測:CH2O、CH4、CO2、NH3等;3、工業(yè)過程監(jiān)測控制:CO、CO2、H2O、NH3等;4、醫(yī)療診斷:NO、CO、CO2、CH4等;5、機動車尾氣測量:CO、CO2、NH3、NO等。
波長覆蓋范圍寬量子級聯(lián)激光器從波長設(shè)計原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同,常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度,而QCL的激射波長是由導(dǎo)帶中子帶間的能級間距決定的,可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級間距,從而改變QCL的激射波長。從理論上講,QCL可以覆蓋中遠紅外到THz波段。[2]單個激光器激射波長連續(xù)可調(diào)諧對于各種氣體的檢測,需要激光器的波長精確平滑地從一個波長調(diào)諧到另一個波長。對于特定氣體的檢測,波長更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線,也稱為分子“指紋”。另外,通過波長調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線,可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。單個激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進行調(diào)諧,已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度,得到波長9μm激光器中心頻率,約為10cm-1。而使用外置光柵,可以得到更寬的波長調(diào)諧范圍。 利用QCL作為光源則在很大程度上擴展了可探測波段,也在一定程度上提高了探測極限。
QCL的應(yīng)用場景正隨著技術(shù)成熟度提升而不斷豐富。寧儀信息在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已形成完整的產(chǎn)品線,其開發(fā)的便攜式QCL氣體分析儀可檢測PM2.5中的有機碳與元素碳成分,通過中紅外光譜區(qū)分不同來源的顆粒物,為大氣污染溯源提供數(shù)據(jù)支持;在工業(yè)安全領(lǐng)域,公司為化工園區(qū)定制了防爆型QCL泄漏檢測系統(tǒng),采用本質(zhì)安全型電路設(shè)計與隔爆外殼,可在易燃易爆環(huán)境中長期穩(wěn)定運行,檢測下限達ppm級。生命科學(xué)是寧儀信息技術(shù)拓展的新方向。公司與醫(yī)療機構(gòu)合作,開發(fā)了基于QCL的呼吸氣體分析儀,通過檢測呼出氣中的一氧化氮等標(biāo)志物,輔助糖尿病等疾病的早期診斷。由于生物樣本對光源穩(wěn)定性要求極高,團隊優(yōu)化了QCL的驅(qū)動電路與溫度控制算法,將輸出功率波動控制在0.1%以內(nèi),同時采用鍍金反射鏡與高透過率窗口片,減少了光譜信號的衰減。目前,該設(shè)備已進入臨床試驗階段,有望為無創(chuàng)醫(yī)療檢測提供新的技術(shù)手段。DFB激光器同時提供對波長的平滑、可調(diào)諧控制以及精確光纖通信和光譜應(yīng)用所需的極窄光譜寬度。河南SF6QCL激光器
在信息處理和通信領(lǐng)域,可調(diào)諧激光器可以用于構(gòu)建高效的光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò);西藏二氧化碳QCL激光器供應(yīng)商
QCL的另一重要特性是其波長可調(diào)性,這為實現(xiàn)多組分氣體同步檢測提供了可能。寧儀信息通過兩種技術(shù)路徑實現(xiàn)波長調(diào)諧:一是溫度調(diào)諧,利用材料折射率隨溫度變化的特性,通過半導(dǎo)體致冷器(TEC)控制激光器芯片的溫度,實現(xiàn)波長線性移動;二是電調(diào)諧,在外加電場作用下改變量子阱的能帶結(jié)構(gòu),使發(fā)光波長發(fā)生偏移。團隊結(jié)合兩種調(diào)諧方式,開發(fā)了寬波段調(diào)諧模塊,在某型環(huán)境監(jiān)測用QCL系統(tǒng)中,實現(xiàn)了從7.2μm到8.8μm的連續(xù)調(diào)諧,覆蓋了多種揮發(fā)性有機物的特征吸收峰,為復(fù)雜氣體混合物的定性定量分析提供了技術(shù)支撐。西藏二氧化碳QCL激光器供應(yīng)商