重慶二氧化碳QCL激光器加工

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2025-03-16

    量子級(jí)聯(lián)激光器是基于多個(gè)量子阱異質(zhì)結(jié)中掩埋次能級(jí)躍遷的單極半導(dǎo)體注入激光器,它們是通過(guò)能帶工程并通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)方法得到的。QCL激光器的輸出波長(zhǎng)依賴(lài)于量子阱和作用區(qū)掩埋層的厚度而不是激光材料的能級(jí)。由于QCL輸出波長(zhǎng)不受帶隙寬度的限制,因而能夠被制成在中紅外波長(zhǎng)區(qū)較寬范圍里輸出。QCL的輸出波長(zhǎng)區(qū)可以從μm到60μm,激光輸出功率可以達(dá)到幾個(gè)mW。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下,并且已經(jīng)被用于痕量氣體的光譜檢測(cè),但由于脈沖激光固有特點(diǎn)使其線(xiàn)寬相對(duì)較寬。雖然單模連續(xù)輸出DFB-QCL已早有報(bào)道,但到目前為止,還沒(méi)有痕量氣體檢測(cè)的報(bào)道。鑒于目前中紅外光譜區(qū)傳統(tǒng)激光技術(shù)存在的需要低溫制冷等限制,利用技術(shù)成熟的近紅外激光光源的參量頻率轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)波中紅外相干光源輸出是一個(gè)有效的補(bǔ)充。在中紅外光譜相干光輸出的參量過(guò)程主要有光參量振蕩(OPO)和差頻變換(DFG)。 QCL會(huì)被集成到光譜儀中,完成紅外光譜檢測(cè)。QCL被認(rèn)為是中遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)光源。重慶二氧化碳QCL激光器加工

重慶二氧化碳QCL激光器加工,QCL激光器

    2002年之后,帶間級(jí)聯(lián)激光器在美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)取得了更加快速的發(fā)展,在低閾值電流、高工作溫度以及長(zhǎng)波長(zhǎng)等方向上都取得了矚目的成果。其中**重要的是2005年,研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器(DFB)可以實(shí)現(xiàn)甲烷氣體的檢測(cè)。并于2007年交付美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的好奇號(hào)進(jìn)行火星的甲烷探測(cè)。2008年,美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室(NRL)經(jīng)過(guò)多年優(yōu)化和發(fā)展,終于實(shí)現(xiàn)了里程碑式的***臺(tái)室溫連續(xù)激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器,連續(xù)波**高工作溫度可達(dá)319K,激射波長(zhǎng)為μm。2011年,美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室在材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步提出了“載流子再平衡”的概念,解決了有源區(qū)中電子和空穴的數(shù)量不均等問(wèn)題,通過(guò)改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度,平衡有源區(qū)中過(guò)高的空穴濃度。之后,德國(guó)伍茲堡大學(xué)在“載流子再平衡”的基礎(chǔ)上,提出了短注入?yún)^(qū)的設(shè)計(jì)。2014年,美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室通過(guò)增加有源級(jí)聯(lián)區(qū)的周期數(shù)及分別限制層的厚度,進(jìn)一步提高了帶間級(jí)聯(lián)激光器的器件指標(biāo),其室溫連續(xù)輸出功率達(dá)592mW,輸出特性以及輸出波長(zhǎng)如圖3和4所示。這也是目前帶間級(jí)聯(lián)激光器輸出功率的**高指標(biāo),并在2015年成功制作級(jí)聯(lián)數(shù)為10的帶間級(jí)聯(lián)激光器。 貴州二氧化碳QCL激光器報(bào)價(jià)基于光譜學(xué)原理的氣體檢測(cè),有非接觸、快響應(yīng)、高靈敏、大范圍監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn),是溫室氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)的主流方向。

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    大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段,其中近紅外波段波長(zhǎng)在-μm范圍,對(duì)應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶,而中紅外波段波長(zhǎng)位于-25μm范圍,對(duì)應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶,吸收強(qiáng)度要明顯高于近紅外波段,適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測(cè)。針對(duì)目前溫室氣體多目標(biāo)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)需求,研究人員開(kāi)展了不同形式的探測(cè)方法研究,主要包括地面探測(cè)、地基探測(cè)、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè),綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器,通過(guò)掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜,經(jīng)過(guò)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、光譜信號(hào)采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過(guò)程,能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時(shí)空分辨觀測(cè)。

    TDLAS技術(shù)具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于氣體的痕量探測(cè)。利用氣體吸收譜線(xiàn)隨溫度、氣壓等因素變化的特性,該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數(shù)的測(cè)量。無(wú)干擾、低價(jià)、可小型化等是TDLAS技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。我們致力于發(fā)展高速(微秒級(jí))、高靈敏(ppb級(jí))、可攜帶式的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的氣體測(cè)量技術(shù)方法,拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領(lǐng)域的應(yīng)用。調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)是激光氣體分析儀**常用的技術(shù)之一。其工作原理如下:激光光源:使用調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為光源,能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)諧激光波長(zhǎng),精確匹配待測(cè)氣體的吸收峰。氣體吸收過(guò)程:激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過(guò)待測(cè)氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長(zhǎng)處具有吸收峰,部分激光能量被吸收,導(dǎo)致光強(qiáng)度減弱。探測(cè)器測(cè)量:激光通過(guò)氣體后,剩余的激光光強(qiáng)被探測(cè)器接收。探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),測(cè)量激光強(qiáng)度的衰減。信號(hào)處理與濃度計(jì)算:分析儀通過(guò)計(jì)算吸收光譜的強(qiáng)度和形狀,使用朗伯-比爾定律(Beer-LambertLaw)來(lái)推導(dǎo)出氣體的濃度。TDLAS技術(shù)的高分辨率和高靈敏度使其能夠準(zhǔn)確檢測(cè)低濃度的氣體。 基于 TDLAS 技術(shù)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法,且效果明顯。

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    1994年4月,貝爾實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》上報(bào)道了***個(gè)子帶間量子級(jí)聯(lián)激光器。帶間級(jí)聯(lián)和量子級(jí)聯(lián)激光器的研究都源于早期對(duì)于半導(dǎo)體超晶格的研究以及通過(guò)子帶間躍遷實(shí)現(xiàn)激光器的探索。在帶間級(jí)聯(lián)激光器提出的2~3年內(nèi),空穴注入?yún)^(qū)就已經(jīng)提出并加入到了帶間級(jí)聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)中。同時(shí),W型二類(lèi)量子阱的概念也被提出,并取代了原先的單邊型的二類(lèi)量子阱??昭ㄗ⑷?yún)^(qū)和W型有源區(qū)的設(shè)計(jì)直到***也一直被采用。1997年,由休斯頓大學(xué)和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作完成的***臺(tái)可達(dá)170K低溫工作的帶間級(jí)聯(lián)激光器被報(bào)道出來(lái),此后,對(duì)于二類(lèi)量子阱的研究也取得了一定進(jìn)展,而帶間級(jí)聯(lián)激光器也在1998~2000年工作溫度逐漸提升至250~286K,微分量子效率超過(guò)了傳統(tǒng)極限的100%,從而證實(shí)了級(jí)聯(lián)過(guò)程。里程碑式的突破是在2002年,研究人員Yang等實(shí)現(xiàn)了***臺(tái)室溫脈沖激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器,由18個(gè)周期構(gòu)成。 QCL有著非常重要的用途,高精度痕量氣體傳感、自由空間光通信、定向紅外干擾等。甘肅標(biāo)準(zhǔn)QCL激光器加工

量子級(jí)聯(lián)激光器是一種新型半導(dǎo)體激光器,體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),其工作原理卻和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器截然不同。重慶二氧化碳QCL激光器加工

    TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術(shù)利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的特性,通過(guò)調(diào)制激光器的波長(zhǎng),使其掃描被測(cè)氣體分子的吸收峰,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子濃度的測(cè)量。該技術(shù)通過(guò)紅外吸收來(lái)測(cè)量激光通過(guò)被測(cè)氣體時(shí)被吸收的數(shù)量,具有高精度和無(wú)接觸的特點(diǎn)。調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜(TDLAS)技術(shù)是激光吸收光譜(LAS)技術(shù)的一種。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動(dòng)形式,激光吸收光譜(LAS)技術(shù)可以分為:直接吸收法和調(diào)制吸收法。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn):直接吸收法:需要鎖定激光器驅(qū)動(dòng)電流,不需加載2f諧波信號(hào),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,但容易受干擾,尤其是低頻干擾,所以靈敏度相對(duì)低些。調(diào)制吸收法:需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動(dòng)電流信號(hào),同時(shí)需要加載2f諧波信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電流上,結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)復(fù)雜一些,成本要比直接吸收法高一些,但是靈敏度高,能夠避開(kāi)低頻干擾。其中又進(jìn)一步分為波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)和頻率調(diào)制類(lèi),波長(zhǎng)調(diào)制類(lèi)需要更大的調(diào)諧范圍,頻率調(diào)制類(lèi)需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率,技術(shù)復(fù)雜,靈敏度更高。 重慶二氧化碳QCL激光器加工

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標(biāo)簽: QCL激光器