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(dǎo)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(yīng)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。基于量子級聯(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(yīng)用的熱點。量子級聯(lián)激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導(dǎo)體耦合量子阱子帶（一般為導(dǎo)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(yīng)用價值的中遠紅外波段。 在光譜學領(lǐng)域，可調(diào)諧激光器可以用于精確測量物質(zhì)的光譜特性；青海標準QCL激光器批發(fā)
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產(chǎn)生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖，研究和發(fā)展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態(tài)檢測技術(shù)是環(huán)境氣候研究的基礎(chǔ)和前提。基于光譜學原理的氣體檢測技術(shù)，具有非接觸、快響應(yīng)、高靈敏、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點，是目前溫室氣體監(jiān)測技術(shù)的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區(qū)域、全球等尺度下的監(jiān)測需求，綜合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，獲取溫室氣體空間分布、季節(jié)變化和年變化的特征和趨勢，這對理解區(qū)域碳排放、掌握源匯信息、研究環(huán)境氣候變化規(guī)律等具有重要意義。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6），其中后三種氣體造成溫室效應(yīng)的能力強，但從對全球升溫的貢獻百分比來說，CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大，它們對全球變暖的總體貢獻占到77%，濃度也呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢。 海南半導(dǎo)體QCL激光器加工利用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激光器，得益于先進的量子級聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)了前所未有的高功率輸出，確保了激光的穩(wěn)定性和可靠性。這一技術(shù)突破，不僅提升了激光器的轉(zhuǎn)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(yīng)國家國產(chǎn)化號召，通過自主研發(fā)與自主生產(chǎn)，大幅度降低了成本，提升了產(chǎn)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(yīng)用場景，我們的QCL激光器都能輕松應(yīng)對，展現(xiàn)出強大的應(yīng)用潛力和市場競爭力。
激光器的發(fā)展里程碑如下：1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器，1962年發(fā)明的雙極型半導(dǎo)體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器（QCL）是激光領(lǐng)域的三個重大變革性里程碑。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機制，其發(fā)光波長由半導(dǎo)體能隙來決定，填補了半導(dǎo)體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此，量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導(dǎo)體激光理論的一次變革和里程碑。 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(yīng)用。
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準。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。 紅外氣體傳感器是通過測量被測氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來計算濃度的。海南半導(dǎo)體QCL激光器加工
QCL會被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測。QCL被認為是中遠紅外范圍內(nèi)氣體檢測的優(yōu)勢光源。青海標準QCL激光器批發(fā)
當紅外輻射的能量與氣體分子振動躍遷所需的能量相匹配時，氣體分子會吸收特定波長的紅外光，導(dǎo)致透過光的強度減弱，從而形成特征吸收峰。輻射光子的能量與分子振動躍遷的能量差相等。l分子振動伴隨偶極矩的變化（紅外活性）。分子在紅外光譜中表現(xiàn)出基頻、倍頻和組合頻吸收峰。l每種氣體分子具有獨特的紅外吸收譜帶，這種特征吸收峰可以用來識別氣體種類。絕大多數(shù)氣態(tài)化學物質(zhì)在中紅外光譜區(qū)（≈2-25m）都顯示出基本的振動吸收帶，這些基本帶對光的吸收提供了一種幾乎通用的檢測手段。光學技術(shù)的主要特征是對痕量氣體的非侵入式原位檢測能力。目前中紅外激光在定量痕量氣體檢測中的應(yīng)用必將代替近紅外成為下一代高精度的選擇。進入21世紀全球環(huán)境問題日益突出，各國都在在努力減少溫室氣體排放。二氧化碳（CO2）通常被稱為溫室氣體，但其他使全球環(huán)境惡化的氣體還包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在氣體泄漏檢測和性氣體的集中監(jiān)控是預(yù)防災(zāi)難中激光法可以采取有效報警措施從而可以避免風險于災(zāi)難之前。激光吸收光譜法是檢測微量氣體的方法之一。它使用分布式反饋激光二極管（DFB-LD）檢測某種氣體，該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。 青海標準QCL激光器批發(fā)
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