內(nèi)蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    作為半導體激光技術(shù)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(guān)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(jié)超薄層構(gòu)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。 甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域。因此用中紅外激光器探測甲烷氣體非常有益。內(nèi)蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    量子級聯(lián)激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現(xiàn)。隨著量子級聯(lián)激光器技術(shù)的日趨成熟，它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優(yōu)勢，在氣體檢測領(lǐng)域得到了迅速推廣?；诹孔蛹壜?lián)激光器的紅外光譜氣體檢測技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)點，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優(yōu)勢，使其成為研究和應用的熱點。量子級聯(lián)激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導體耦合量子阱子帶（一般為導帶）間的電子躍遷所產(chǎn)生的一種單極性光源。量子（quantum）指的是通過調(diào)整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實現(xiàn)對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯(lián)（cascade）的意思是有源區(qū)中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯(lián)在一起。激光器（Laser）是指產(chǎn)生特定波長的光源。量子級聯(lián)激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領(lǐng)域極具應用價值的中遠紅外波段。 湖南NH3QCL激光器封裝中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術(shù)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。

    量子級聯(lián)激光器輸出功率較高圖3量子級聯(lián)激光器有源區(qū)工作示意圖（兩個周期）比起中紅外波段其它光源，QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測應用中會需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率，高功率的激光器能夠提供的功率范圍大，可以滿足更多的應用場景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結(jié)于其本身的有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計，其電子利用效率較高。內(nèi)量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對數(shù)能夠產(chǎn)生的光子數(shù)多少。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖，電子流通過一系列的子帶和微帶，實現(xiàn)子帶中的上能級電子的集聚，之后迅速躍遷到下能級并產(chǎn)生光子，之后注入?yún)^(qū)再重復利用電子流，使之進入下一個循環(huán)。理論上一個電子可以產(chǎn)生與有源區(qū)級數(shù)相同的光子數(shù)，從而內(nèi)量子效率較高，輸出的功率也就越大。而常規(guī)的半導體激光器中，一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子?？墒覝毓ぷ髟S多應用中需要激光器能室溫工作（室溫脈沖或室溫連續(xù)工作）。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，將增大系統(tǒng)體積，而且不利于激光器的光束整形。而常規(guī)半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感，在長波長區(qū)域。

    基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，以其高靈敏度、高分辨率及實時響應的優(yōu)勢，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。本研究首先解析了TDLAS技術(shù)的基本原理，明確了其在氨逃逸檢測中的獨特作用機制，進而設(shè)計了包含穩(wěn)定系統(tǒng)架構(gòu)與精細功能模塊劃分的氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)實現(xiàn)階段，通過精心挑選的硬件組件與優(yōu)化的軟件算法，確保了系統(tǒng)的高效運行與準確監(jiān)測。隨后，對系統(tǒng)進行了的性能測試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測并準確記錄氨逃逸數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護與工業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應用案例，也為氨逃逸監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路與方向。未來，隨著技術(shù)的不斷進步與應用的持續(xù)拓展，TDLAS技術(shù)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的整體發(fā)展。 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。

    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(guān)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(shè)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(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)成為這一領(lǐng)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(guān)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(guān)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(shù)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(shù)的創(chuàng)新使得這些設(shè)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。 TDLAS技術(shù)有高效、選擇高、響應快、適應性強等優(yōu)點，通過追蹤分子的吸收光譜獲得特征參數(shù)的重要手段。內(nèi)蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

在工業(yè)污染分析中，QCL的快速響應和高靈敏度使其能夠?qū)崟r監(jiān)測煙塵顆粒的組成和濃度。內(nèi)蒙古氣體檢測QCL激光器封裝

    大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監(jiān)測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術(shù)和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 內(nèi)蒙古氣體檢測QCL激光器封裝