量子级联激光器（QuantumCascadeLaser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势，在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势，使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半导体耦合量子阱子带（一般为导带）间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子（quantum）指的是通过调整有...

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...

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...

相比较与其它激光器，量子级联激光器的优点如下：1)中远红外和太赫兹波段出射；在QCL发明之前，半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段，当我们需要使用中远红外和太赫兹波段的激光时，半导体激光器对此则有些无能为力，不同体系激光器激射波长范围如图3。QCL的发明，使得半导体激光器也能激射出中远红外和太赫兹波段的激光。如图3.不同激光器发光范围[15]2)宽波长范围；QCL激射波长取决于子带间能量差，可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制，所以量子级联激光器的激射波长范围极宽（约3-250μm），并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出。3)体积小；QCL相比其它激光器如：一氧化...

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...

相比较与其它激光器，量子级联激光器的优点如下：1)中远红外和太赫兹波段出射；在QCL发明之前，半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段，当我们需要使用中远红外和太赫兹波段的激光时，半导体激光器对此则有些无能为力，不同体系激光器激射波长范围如图3。QCL的发明，使得半导体激光器也能激射出中远红外和太赫兹波段的激光。如图3.不同激光器发光范围[15]2)宽波长范围；QCL激射波长取决于子带间能量差，可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制，所以量子级联激光器的激射波长范围极宽（约3-250μm），并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出。3)体积小；QCL相比其它激光器如：一氧化...

传统的半导体激光器，工作原理都是依靠半导体材料中导带的电子和价带中的空穴复合而激发光子，其激射波长由半导体材料的禁带宽度所决定,由于受禁带宽度的限制，使得半导体激光器难以发出中远红外以及太赫兹波段的激光。自然界不多的对应能出射中远红外的半导体材料-铅盐系材料，其只能在低温下工作(低于77K)，且输出功率极低，为微瓦级别。为了使半导体激光器也能激射中远红外以及太赫兹波段的光，科研人员跳出了基于半导体材料p-n结发光的理论，提出了量子级联激光器的构想。量子级联激光器的工作原理为电子在半导体材料导带的子带间跃迁和声子共振辅助隧穿从而产生光放大，其出射波长由导带的子带间的能量差所决定，和半...

大气中CO2、CH4、N2O三大温室气体的特征吸收光谱主要位于近红外和中红外光波段，其中近红外波段波长在－μm范围，对应于气体分子的“泛频”吸收谱带，而中红外波段波长位于－25μm范围，对应于气体分子的“基频”吸收谱带，吸收强度要明显高于近红外波段，适用于浓度痕量气体分子的高灵敏检测。针对目前温室气体多目标场景监测需求，研究人员开展了不同形式的探测方法研究，主要包括地面探测、地基探测、机载探测和星载探测，综合运用各种吸收光谱技术和仪器，通过扫描获取温室气体红外波段的特征吸收光谱，经过光电信号转换、光谱信号采集、浓度算法解析、软件数据处理等技术过程，能够实现温室气体多组分高灵敏时空分...

量子级联激光器是基于多个量子阱异质结中掩埋次能级跃迁的单极半导体注入激光器，它们是通过能带工程并通过分子束外延生长方法得到的。QCL激光器的输出波长依赖于量子阱和作用区掩埋层的厚度而不是激光材料的能级。由于QCL输出波长不受带隙宽度的限制，因而能够被制成在中红外波长区较宽范围里输出。QCL的输出波长区可以从µm到60µm，激光输出功率可以达到几个mW。QCL在脉冲工作方式下可以工作在室温下，并且已经被用于痕量气体的光谱检测，但由于脉冲激光固有特点使其线宽相对较宽。虽然单模连续输出DFB－QCL已早有报道，但到目前为止，还没有痕量气体检测的报道。鉴于目前中红外光谱区传统激光技术存在的...

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...

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...

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...

相比较与其它激光器，量子级联激光器的优点如下：1)中远红外和太赫兹波段出射；在QCL发明之前，半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段，当我们需要使用中远红外和太赫兹波段的激光时，半导体激光器对此则有些无能为力，不同体系激光器激射波长范围如图3。QCL的发明，使得半导体激光器也能激射出中远红外和太赫兹波段的激光。如图3.不同激光器发光范围[15]2)宽波长范围；QCL激射波长取决于子带间能量差，可以通过设计量子阱层厚度来实现波长控制，所以量子级联激光器的激射波长范围极宽（约3-250μm），并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出。3)体积小；QCL相比其它激光器如：一氧化...

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...

可调谐半导体激光吸收光谱（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条**的气体吸收线。为了实现比较高的选择性，分析一般在低压下进行，这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的，现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性，可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线...

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...

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...

量子级联激光器（QuantumCascadeLaser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势，在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势，使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半导体耦合量子阱子带（一般为导带）间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子（quantum）指的是通过调整有...

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...

量子级联激光器（QuantumCascadeLaser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室于1994年率先实现。随着量子级联激光器技术的日趋成熟，它开始被较多地应用于科学和工程研究。由于其明显优势，在气体检测领域得到了迅速推广。基于量子级联激光器的红外光谱气体检测技术具有灵敏度高、检测速度快等优点，特别是在高精度光谱检测方面所具有的明显优势，使其成为研究和应用的热点。量子级联激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半导体耦合量子阱子带（一般为导带）间的电子跃迁所产生的一种单极性光源。量子（quantum）指的是通过调整有...

TDLAS能实现"原位、连续、实时测量"，环境适应力强，易于设备的小型化。因此可以挣脱实验室的束缚，在产业应用中大展拳脚。比如大气环境在线监测、发动机效率检测、汽车尾气测量、工业过程气体实时监测等等。TDLAS利用半导体激光器的波长调谐特性，可获得被选定的待测气体特征吸收峰的吸收光谱，从而对气体定性或者定量的分析。每种气体分子的吸收峰受其他气体吸收干扰很小，所以也称之为"分子的指纹峰"TDLAS技术简单来说就是这些气体"分子指纹"的识别系统，具有很强的选择性。此外，TDLAS的检测灵敏度也是较高的，不过检出限能达到怎样的量级，就和所用光源有着很大的关系。常见的污染气体的"指纹峰"主...

量子级联激光器（QuantumCascadeLaser,QCL）作为一种新兴的激光技术，正在多个领域中展现出其独特的优势和广泛的应用潜力。其的优点使得产品在市场上备受青睐，尤其是在环境监测、医疗成像和工业检测等方面。首先，量子级联激光器具有出色的波长可调性，能够在中红外范围内实现高效发射。这一特性使得量子级联激光器在气体传感领域的应用尤为突出。通过精确的波长调节，用户可以针对特定气体进行高灵敏度的检测，从而有效解决了传统传感器难以检测低浓度有害气体的问题。这不*提高了环境监测的精度，也为企业的安全生产提供了有力保障。其次，量子级联激光器在医疗成像领域也展现出了巨大的优势。其高功率和...

在性价比方面，QCL激光器同样表现质量。尽管其技术含量较高，但随着生产工艺的不断进步以及市场需求的上升，QCL激光器的制造成本逐渐降低，使得越来越多的客户能够享受到这一先进技术所带来的好处。我们始终坚持为客户提供高质量的产品，确保每一台QCL激光器都经过严格的测试和质量控制，以满足不同客户的需求。创新性是QCL激光器在市场中脱颖而出的另一个关键因素。我们不断进行技术研发，以提升QCL激光器的性能，从而适应不断变化的市场需求。无论是在新材料的应用，还是在激光器设计的优化上，我们都力求为客户提供前沿的技术解决方案。此外，我们还关注如何提升激光器的耐用性和稳定性，以确保其在各种工况下的可...

基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的在线监测系统，以其高灵敏度、高分辨率及实时响应的优势，在环境监测领域展现出了广阔的应用前景。本研究首先解析了TDLAS技术的基本原理，明确了其在氨逃逸检测中的独特作用机制，进而设计了包含稳定系统架构与精细功能模块划分的氨逃逸在线监测系统。在系统实现阶段，通过精心挑选的硬件组件与优化的软件算法，确保了系统的高效运行与准确监测。随后，对系统进行了的性能测试，结果表明，该系统能够实时监测并准确记录氨逃逸数据，为环境保护与工业安全生产提供了有力的技术支持。本研究不*丰富了TDLAS技术在环境监测领域的应用案例，也为氨逃逸监测技术的发展提供了新...

作为半导体激光技术发展的里程碑，量子级联激光器（QCL）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，为气体分析等中红外应用提供了新型光源，因此QCL日益受到关注。尤其是近10年，越来越多的科研人员开始研究QCL在气体检测方面的应用，使得它的优势和潜力被更多的认识和挖掘。中远红外量子级联激光器（QCL）众所周知，QCL属于新一代半导体激光器，它的特性不同于传统半导体激光器。用中科院半导体所刘峰奇研究员的“两层含义”解释，应该更加形象。首先是量子含义，是指激光器由纳米级厚度的半导体异质结超薄层构成，利用量子限制效应，通过调节每层材料的厚度和子带间距，从而调节波长...

分子红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱...

QCL激光器（量子级联激光器）凭借其出色的性能和独特的技术优势，正在重新定义气体检测领域的标准。它们以高灵敏度和质量的选择性，使得在复杂环境中对气体成分的准确识别成为可能。此外，QCL激光器的高性价比使得其在市场上的竞争力愈发明显，成为众多行业和应用的优先。随着科技的不断进步，QCL激光器的创新能力也在不断提升。我们相信，这种持续的技术革新将为客户带来更大的价值，帮助他们在各自的市场中脱颖而出。选择QCL激光器，不*是选择了一项先进的技术，更是选择了一条通向未来的道路。无论是在环境监测、工业过程控制，还是在医疗健康等领域，QCL激光器都展示了其巨大的潜力和应用前景。通过深入的合作，...

红外光谱检测方法主要有使用宽带光源的傅里叶变换红外光谱（FTIR）和非分散红外光谱（NDIR）技术，以及红外激光光谱技术。与使用宽带光源的FTIR和NDIR相比，红外激光光谱由于采用高单色性的红外激光作为光源，具有更高的光谱分辨率，不需要使用额外的分光部件，易于实现仪器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便实现长光程检测。红外激光光谱学依据波段分为近红外光谱和中红外光谱。近红外波段工作在－μm的近红外区，相应于某些分子的“泛频”谱带。分子在这些谱带的吸收系数比中红外的基频吸收要弱得多，一般要低2－3数量级。尽管如此，由III－V族化合物制成的半导体激光由于在通信和电子工业元件方面...

TDLAS能实现"原位、连续、实时测量"，环境适应力强，易于设备的小型化。因此可以挣脱实验室的束缚，在产业应用中大展拳脚。比如大气环境在线监测、发动机效率检测、汽车尾气测量、工业过程气体实时监测等等。TDLAS利用半导体激光器的波长调谐特性，可获得被选定的待测气体特征吸收峰的吸收光谱，从而对气体定性或者定量的分析。每种气体分子的吸收峰受其他气体吸收干扰很小，所以也称之为"分子的指纹峰"TDLAS技术简单来说就是这些气体"分子指纹"的识别系统，具有很强的选择性。此外，TDLAS的检测灵敏度也是较高的，不过检出限能达到怎样的量级，就和所用光源有着很大的关系。常见的污染气体的"指纹峰"主...

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...