带间级联激光器（ICL）是实现3～5μm波段中红外激光器的重要前沿，其在半导体光电器件技术、气体检测、医学医疗以及自由空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。近年来，半导体带间级联激光器的量子阱能带理论设计方法和激光器制备**技术得到迅速提升。带间级联激光器是一种以Å族体系为主，通过量子工程的能带设计及其材料外延、工艺制作而成的可以工作于中红外波段的激光器。由于结合了传统的量子阱激光器较长的上能级载流子复合寿命，以及量子级联激光器（QCL）通过级联结构实现较高内量子效率的优点，在中红外波段具有较大的优势。研究背景中红外波段包含了许多气体分子的吸收峰，对于气体分子而言，在中红外波段的中心吸收截面一般比其在近红外区的中心吸收截面高几个数量级。因此，为了获得更高的灵敏度和更低的检测限，利用中红外的可调谐半导体激光器吸收光谱技术（TDLAS）可以实现对特殊或有毒气体的检测。常见的位于中红外波段的气体分子如图1所示，诸如矿井气体甲烷（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，氯化氢（HCl）分子吸收峰位于3395nm，溴化氢（HBr）分子吸收峰位于4020nm。 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。浙江甲烷QCL激光器型号

    在环境污染分子的监测分析中，典型的应用有、、。近红外光谱的一个优点是压力加宽不是一个很大的问题，因此可以在近大气压或开放光程工作。缺点是有许多分子在该谱区没有吸收，虽然在测量复杂混合物时，这也许是一个优点。中红外波段工作在3－13μm的“指纹”区，是气体分子基带吸收。这个波段分子吸收线的强度比近红外波段要大几个量级。如：CH4在，理论检测下限可达；CO在，理论检测可达。通常分子在这个波段的振动和转动光谱谱线非常丰富密集，典型的光谱线宽约为2×10－3cm－1（~60MHz）。中红外波段激光光谱技术目前主要受到激光光源的限制，但近几年来，随着红外激光技术的发展和新型中红外相干光源技术的发展，在中红外波段进***体分子的超高灵敏检测技术有了长足的进步。 浙江甲烷QCL激光器型号TDLAS技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱。

    中远红外波段包含了两个重要的大气窗口3-5μm和8-13μm波段，很多气体的特征吸收峰都在这个波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，还有一些人体疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征气体的吸收谱线也处于此波段，如图4。不同气体的特征吸收峰基于QCL的检测系统，具有体积小、检测速度快、精确度高等特点，可以广泛的应用在环境检测、痕量气体检测、医疗诊断等方面，基于QCL的气体检测系统是QCL重要的应用之一，如气体检测系统如图5。相比于传统的气体检测技术（电化学检测、气相色谱分析、红外LED），量子级联激光器在气体检测的优势如下：1、量子级联激光器具有很窄的光谱线宽，可以获得气体分子、原子光谱线中精细结构，因此基于量子级联激光器的气体检测系统分辨率要远高于其他光谱检测方法，而且系统中不需要分光器件，可以通过调谐QCL的波长，就可在光电探测器中直接得到其吸收光谱。2、QCL的光束质量好，其出射光的发散角小，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，进而就可以提高系统的灵敏度，这对于低浓度的气体检测十分有效。

    波长覆盖范围宽量子级联激光器从波长设计原理上与常规半导体激光器不同，常规半导体激光器的激射波长受限于材料自身的禁带宽度，而QCL的激射波长是由导带中子带间的能级间距决定的，可以通过调节量子阱/垒层的厚度改变子带间的能级间距，从而改变QCL的激射波长。从理论上讲，QCL可以覆盖中远红外到THz波段。[2]单个激光器激射波长连续可调谐对于各种气体的检测，需要激光器的波长精确平滑地从一个波长调谐到另一个波长。对于特定气体的检测，波长更需要精确的调节以匹配其吸收线，也称为分子“指纹”。另外，通过波长调节以匹配气体的第二条吸收线，可以用来作为条吸收线是否正确的判断标准。单个激光器的激射波长可以通过改变温度和工作电流进行调谐，已有技术通过改变激光器的工作温度，得到波长9μm激光器中心频率，约为10cm-1。而使用外置光栅，可以得到更宽的波长调谐范围。 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。

    随着经济的发展，人类对于大自然的干扰和对环境的破坏愈发严重，无论是酸雨等气候灾害、亦或是全球气候变暖、还是雾霾现象频发，都严重的影响着人们的生存环境。各国科学家对环境监控都十分重视。2008年，正值北京奥运会举办之际，美国普林斯顿科研小组利用量子级联激光器搭建了开路式气体检测系统，对北京进行了空气质量评估。“HIPPO”项目（由美国国家科学基金会（NSF）和美国国家海洋和大气局（NOAA）支持）和“CalNEX”项目（由美国加州空气资源局（CARB）和NOAA支持）正在开展温室气体的相关研究工作。[2]工业监控在石油化工、金属冶炼、矿山开采等行业生产过程中，通过检测产生的相应气体的浓度可以进行进程监控，也可以监控泄露危险气体的浓度，以保障生产安全，已有技术采用μmQCL对工业燃烧排气系统中产生的NO气体进行实时检测，并使用μm的脉冲QCL对物产生的气体进行光学检测。医学应用有的疾病会造成人类呼出气体成分的异常升高，通过对呼出气体的种类和浓度进行准确的分析，可以对临床诊断和提供有价值的参考，而且不必因为使用CT等仪器而引入过多的辐射。例如，患有糖尿病、肝脏和肾脏疾病的患者呼出的气体中NH3浓度会出现异常。 量子级联激光器是一种新型半导体激光器，体积小、寿命长等特点，其工作原理却和传统半导体激光器截然不同。湖南CH4QCL激光器型号

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    在工业检测方面，量子级联激光器以其小型化和集成化的设计，完美适应了现代工业的需求。它能够以更低的能耗和更小的体积完成复杂的检测任务。这对于降低企业的运营成本，提高生产效率，具有重要的推动作用。许多企业通过引入量子级联激光器技术，成功减少了设备占用空间，并提升了生产线的自动化程度。综合来看，量子级联激光器凭借其高效、灵活和经济的特性，正逐步改变各行各业的技术格局。无论是在环境监测、医疗成像还是工业检测领域，量子级联激光器都为客户提供了切实可行的解决方案，帮助企业提高效率、降低成本，从而在竞争激烈的市场环境中脱颖而出。随着技术的不断进步和应用范围的扩大，量子级联激光器的未来将更加光明，值得行业内外的共同关注。 浙江甲烷QCL激光器型号

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