浙江水QCL激光器封装

    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。 量子级联激光器使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度激光器成为可能，为气体分析等提供了新型光源。浙江水QCL激光器封装

    当红外辐射的能量与气体分子振动跃迁所需的能量相匹配时，气体分子会吸收特定波长的红外光，导致透过光的强度减弱，从而形成特征吸收峰。辐射光子的能量与分子振动跃迁的能量差相等。l分子振动伴随偶极矩的变化（红外活性）。分子在红外光谱中表现出基频、倍频和组合频吸收峰。l每种气体分子具有独特的红外吸收谱带，这种特征吸收峰可以用来识别气体种类。绝大多数气态化学物质在中红外光谱区（≈2-25µm）都显示出基本的振动吸收带，这些基本带对光的吸收提供了一种几乎通用的检测手段。光学技术的主要特征是对痕量气体的非侵入式原位检测能力。目前中红外激光在定量痕量气体检测中的应用必将代替近红外成为下一代高精度的选择。进入21世纪全球环境问题日益突出，各国都在在努力减少温室气体排放。二氧化碳（CO2）通常被称为温室气体，但其他使全球环境恶化的气体还包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在气体泄漏检测和性气体的集中监控是预防灾难中激光法可以采取有效报警措施从而可以避免风险于灾难之前。激光吸收光谱法是检测微量气体的方法之一。它使用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。 四川新型QCL激光器QCL在高灵敏检测方面具备天然的优势，可能成为呼吸气体分析技术领域瓶颈的可靠解决方案。

    量子级联激光理论的创立和量子级联激光器的发明使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能。一般而言，量子级联激光器系统包括量子级联激光模块，控制模块以及接口模块。量子级联激光器从结构上来说，可以分为分布反馈（DistributedFeedback）QCL，F-P（Fabry-Perot）QCL和外腔（ExternalCavity）QCL。量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势：1：可以提供超宽的光谱范围（midIRtoTHz）。2：极好的波长可调谐性。3：很高的输出功率，同时也可以工作在室温环境下。目前国际上已研制出～19μm中远红外量子级联激光器系统。随着技术的进步，目前量子级联激光器不但能以脉冲的方式工作，而且可以在连续工作的方式输出大功率激光。激光模块将QC激光器装进一个气密性封装内，比较大限度的保护了激光器的性能和寿命。

    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。 QCL的光束质量好，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，提高系统的灵敏度。

    量子级联激光器输出功率较高图3量子级联激光器有源区工作示意图（两个周期）比起中红外波段其它光源，QCL的输出功率较高。不同的激光气体检测应用中会需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改变工作电流就可以改变激光器的输出功率，高功率的激光器能够提供的功率范围大，可以满足更多的应用场景。QCL输出功率较高的原因可以归结于其本身的有源区结构设计，其电子利用效率较高。内量子效率是指每秒注入有源区的电子-空穴对数能够产生的光子数多少。图3给出典型的QCL有源区工作示意图，电子流通过一系列的子带和微带，实现子带中的上能级电子的集聚，之后迅速跃迁到下能级并产生光子，之后注入区再重复利用电子流，使之进入下一个循环。理论上一个电子可以产生与有源区级数相同的光子数，从而内量子效率较高，输出的功率也就越大。而常规的半导体激光器中，一个电子在与空穴相遇后辐射出一个光子。可室温工作许多应用中需要激光器能室温工作（室温脉冲或室温连续工作）。器件低温工作时需将激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，将增大系统体积，而且不利于激光器的光束整形。而常规半导体激光器中电子和空穴的分布对温度十分敏感，在长波长区域。 QCL由二次谐波从而对污染气体进行定性或者定量分析，具有高分辨率、高灵敏度以及响应时间快等特点。广东NOQCL激光器公司

在信息处理和通信领域，可调谐激光器可以用于构建高效的光通信系统和网络；浙江水QCL激光器封装

    2002年之后，带间级联激光器在美国喷气推进实验室（JPL）取得了更加快速的发展，在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年，研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器（DFB）可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局（NASA）的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年，美国海军实验室（NRL）经过多年优化和发展，终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器，连续波**高工作温度可达319K，激射波长为μm。2011年，美国海军实验室在材料设计的基础上，又进一步提出了“载流子再平衡”的概念，解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题，通过改变电子注入区中的掺杂浓度，平衡有源区中过高的空穴浓度。之后，德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上，提出了短注入区的设计。2014年，美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度，进一步提高了带间级联激光器的器件指标，其室温连续输出功率达592mW，输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标，并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 浙江水QCL激光器封装