量子級聯激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發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。隨著量子級聯激光器技術的日趨成熟，它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優勢，在氣體檢測領域得到了迅速推廣�；�于量子級聯激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優點，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優勢，使其成為研究和應用的熱點。量子級聯激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導體耦合量子阱子帶（一般為導帶）間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子（quantum）指的是通過調整有源區量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實現對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯（cascade）的意思是有源區中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯在一起。激光器（Laser）是指產生特定波長的光源。量子級聯激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強，易于維護等優勢。新疆一氧化氮QCL激光器批發

    帶間級聯激光器（ICL）是實現3～5μm波段中紅外激光器的重要前沿，其在半導體光電器件技術、氣體檢測、醫學醫療以及自由空間光通信等領域具有重要科學意義和應用價值。近年來，半導體帶間級聯激光器的量子阱能帶理論設計方法和激光器制備**技術得到迅速提升。帶間級聯激光器是一種以族體系為主，通過量子工程的能帶設計及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結合了傳統的量子阱激光器較長的上能級載流子復合壽命，以及量子級聯激光器（QCL）通過級聯結構實現較高內量子效率的優點，在中紅外波段具有較大的優勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰，對于氣體分子而言，在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區的中心吸收截面高幾個數量級。因此，為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限，利用中紅外的可調諧半導體激光器吸收光譜技術（TDLAS）可以實現對特殊或有毒氣體的檢測。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示，諸如礦井氣體甲烷（CH4）分子吸收峰位于3260nm，一氧化碳（CO）分子吸收峰位于4610nm，二氧化碳（CO2）分子吸收峰位于4230nm，氯化氫（HCl）分子吸收峰位于3395nm，溴化氫（HBr）分子吸收峰位于4020nm。 新疆一氧化氮QCL激光器批發0.76~25μm 為近紅外，25~30μm 為中紅外，30~1000 μm為遠紅外。

    中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段，很多氣體的特征吸收峰都在這個波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，還有一些人體疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段，如圖4。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測系統，具有體積小、檢測速度快、精確度高等特點，可以廣泛的應用在環境檢測、痕量氣體檢測、醫療診斷等方面，基于QCL的氣體檢測系統是QCL重要的應用之一，如氣體檢測系統如圖5。相比于傳統的氣體檢測技術（電化學檢測、氣相色譜分析、紅外LED），量子級聯激光器在氣體檢測的優勢如下：1、量子級聯激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細結構，因此基于量子級聯激光器的氣體檢測系統分辨率要遠高于其他光譜檢測方法，而且系統中不需要分光器件，可以通過調諧QCL的波長，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質量好，其出射光的發散角小，可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統的吸收光程，進而就可以提高系統的靈敏度，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。

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。 TDLAS利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流變化，對分子的單個或幾個相近的吸收線進行測量。

    常見的溫室氣體光譜學檢測技術主要包括非分散紅外光譜技術（NDIR）、傅立葉變換光譜技術（FTIR）、差分光學吸收光譜技術（DOAS）、差分吸收激光雷達技術（DIAL）、可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）、離軸積分腔輸出光譜技術（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術（CRDS）、激光外差光譜技術（LHS）、空間外差光譜技術（SHS）等。其中，NDIR技術利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關系，進行溫室氣體反演，具有結構簡單、操作方便、成本低廉等優點，但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術通過測量紅外光的干涉圖，并對干涉圖進行傅立葉積分變換，從而獲得被測氣體紅外吸收光譜，能夠實現多種組分同時監測，適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測，儀器系統較為復雜，價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術，能夠實現多氣體組分探測，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術是一種利用氣體分子后向散射效應對氣體遙感探測的光譜技術，具有高精度、遠距離、高空間分辨等優點，系統較為復雜，成本較高。TDLAS技術利用窄線寬的可調諧激光光源，完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。可調諧半導體激光器調制光譜技術和二氧化碳檢測技術可以測得二氧化碳氣體濃度值。新疆一氧化氮QCL激光器批發

量子級聯激光器窄線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細結構，因此在氣體檢測分辨率要高于其他檢測方法。新疆一氧化氮QCL激光器批發

    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。 新疆一氧化氮QCL激光器批發

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