相比較與其它激光器,量子級聯激光器的優點如下:1)中遠紅外和太赫茲波段出射;在QCL發明之前,半導體激光器的發射波長主要在可見光和近紅外波段,當我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時,半導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的發明,使得半導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,可以通過設計量子阱層厚度來實現波長控制,所以量子級聯激光器的激射波長范圍極寬(約3-250μm),并且可以根據實際需求設計特定波長的激光輸出。3)體積小;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,便于系統化和集成化。4)單極型結構;傳統結構半導體激光器為雙極型,其出光原理依靠的是p-n結中導帶電子和價帶空穴復合所產生的受激輻射,而QCL全程只有電子參與,空穴并未參與輻射發光過程,所以量子級聯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所獨特的級聯結構,電子在參與完子帶間躍遷發光后,并沒有湮滅。 TDLAS技術采用的半導體激光光源的光譜,寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬,得到單線吸收光譜。北京一氧化氮QCL激光器封裝
隨著經濟的發展,人類對于大自然的干擾和對環境的破壞愈發嚴重,無論是酸雨等氣候災害、亦或是全球氣候變暖、還是霧霾現象頻發,都嚴重的影響著人們的生存環境。各國科學家對環境監控都十分重視。2008年,正值北京奧運會舉辦之際,美國普林斯頓科研小組利用量子級聯激光器搭建了開路式氣體檢測系統,對北京進行了空氣質量評估。“HIPPO”項目(由美國國家科學基金會(NSF)和美國國家海洋和大氣局(NOAA)支持)和“CalNEX”項目(由美國加州空氣資源局(CARB)和NOAA支持)正在開展溫室氣體的相關研究工作。[2]工業監控在石油化工、金屬冶煉、礦山開采等行業生產過程中,通過檢測產生的相應氣體的濃度可以進行進程監控,也可以監控泄露危險氣體的濃度,以保障生產安全,已有技術采用μmQCL對工業燃燒排氣系統中產生的NO氣體進行實時檢測,并使用μm的脈沖QCL對物產生的氣體進行光學檢測。醫學應用有的疾病會造成人類呼出氣體成分的異常升高,通過對呼出氣體的種類和濃度進行準確的分析,可以對臨床診斷和提供有價值的參考,而且不必因為使用CT等儀器而引入過多的輻射。例如,患有糖尿病、肝臟和腎臟疾病的患者呼出的氣體中NH3濃度會出現異常。 廣東氨QCL激光器定制QCL則將范圍拓展到了中遠紅外波段,使其在氣體檢測、空間通訊等方面得到了越來越多的應用。
在現代民用領域,QCL激光器(量子級聯激光器)作為紅外對抗系統的重要組成部分,正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術的不斷進步,以及對安全和效率的日益重視,QCL激光器在紅外對抗中的應用案例層出不窮,展現出其的性能和的適用性。以某國家的防空系統為例,該系統在面對敵方導彈威脅時,采用了QCL激光器紅外對抗技術。這一技術通過精確發射特定波長的激光,成功地干擾了敵方導彈的紅外尋的系統,顯著提高了防空能力。通過這種方式,防空系統不僅能夠有效保護關鍵設施的安全,還能夠降低潛在的經濟損失。這一成功應用案例展示了QCL激光器在實際戰斗環境中的高效性和實用性,同時也反映了現代中科技應用的重要性。
QCL激光器,得益于先進的量子級聯技術,實現了前所未有的高功率輸出,確保了激光的穩定性和可靠性。這一技術突破,不僅提升了激光器的轉換效率,更將光譜線寬壓縮至極窄范圍,為用戶帶來了前所未有的度和高效性。與此同時,我們積極響應國家國產化號召,通過自主研發與自主生產,大幅度降低了成本,提升了產品的性價比,讓用戶能夠以更加實惠的價格,享受到的激光解決方案。
QCL激光器的又一大亮點。無論是光譜分析、材料加工,還是其他需要高功率激光支持的應用場景,我們的QCL激光器都能輕松應對,展現出強大的應用潛力和市場競爭力。 在材料科學領域,可調諧激光器可以用于精確控制材料的加工和改性過程。
量子級聯激光器輸出功率較高圖3量子級聯激光器有源區工作示意圖(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于其本身的有源區結構設計,其電子利用效率較高。內量子效率是指每秒注入有源區的電子-空穴對數能夠產生的光子數多少。圖3給出典型的QCL有源區工作示意圖,電子流通過一系列的子帶和微帶,實現子帶中的上能級電子的集聚,之后迅速躍遷到下能級并產生光子,之后注入區再重復利用電子流,使之進入下一個循環。理論上一個電子可以產生與有源區級數相同的光子數,從而內量子效率較高,輸出的功率也就越大。而常規的半導體激光器中,一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子。可室溫工作許多應用中需要激光器能室溫工作(室溫脈沖或室溫連續工作)。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中,將增大系統體積,而且不利于激光器的光束整形。而常規半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感,在長波長區域。 利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測.江蘇標準QCL激光器多少錢
可調諧半導體激光器調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勢。北京一氧化氮QCL激光器封裝
量子級聯激光理論的創立和量子級聯激光器的發明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成為可能。一般而言,量子級聯激光器系統包括量子級聯激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯激光器從結構上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯激光器系統。隨著技術的進步,目前量子級聯激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC激光器裝進一個氣密性封裝內,比較大限度的保護了激光器的性能和壽命。 北京一氧化氮QCL激光器封裝