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。 分布式反馈激光二极管（DFB-LD）检测某种气体，该二极管具有特定于该气体的光吸收波长。上海水QCL激光器
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电子流，使之进入下一个循环。理论上一个电子可以产生与有源区级数相同的光子数，从而内量子效率较高，输出的功率也就越大。而常规的半导体激光器中，一个电子在与空穴相遇后辐射出一个光子。可室温工作许多应用中需要激光器能室温工作（室温脉冲或室温连续工作）。器件低温工作时需将激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，将增大系统体积，而且不利于激光器的光束整形。而常规半导体激光器中电子和空穴的分布对温度十分敏感，在长波长区域。 上海水QCL激光器量子级联激光器窄线宽，可以获得气体分子、原子光谱线精细结构，因此在气体检测分辨率要高于其他检测方法。
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的广泛应用，其价格相对便宜，质量、性能和输出功率都相当优越，且在接近室温工作，使其在一些浓度较高或对灵敏度要求较低的污染源排放的气体监测中得到了很好的应用，足以达到ppm的检测水平，甚至到达ppb的水平，接近中红外光谱系统检测灵敏度的1－10％。
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空穴的数量不均等问题，通过改变电子注入区中的掺杂浓度，平衡有源区中过高的空穴浓度。之后，德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上，提出了短注入区的设计。2014年，美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度，进一步提高了带间级联激光器的器件指标，其室温连续输出功率达592mW，输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标，并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 QCL有着非常重要的用途，高精度痕量气体传感、自由空间光通信、定向红外干扰等。
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。 甲烷分子的基频吸收带位于在3.3μm附近的中红外区域。因此用中红外激光器探测甲烷气体非常有益。广东一氧化氮QCL激光器公司
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。上海水QCL激光器
中红外温室气体激光器在环境监测和气候变化研究中正发挥着越来越关键的作用，随着全球对温室气体减排的日益重视，市场对高效、精确的气体检测设备的需求也在不断攀升。中红外温室气体激光器凭借其的性能和技术优势，已经成为这一领域不可或缺的重要工具。首先，这种激光器能够精确检测诸如二氧化碳、甲烷等主要温室气体，其高灵敏度和选择性使其在环境监测、工业排放评估以及城市空气质量检测等方面发挥着至关重要的作用。各国和企业逐步加强对温室气体排放的监管，推动了中红外温室气体激光器的广泛应用，比如在城市的空气质量监测中，这些激光器可以实时提供数据，使得相关部门能够及时采取措施，改善空气质量，保护民众的健康。其次，技术的不断进步为中红外温室气体激光器的性能提升提供了新的可能。近年来，激光技术的创新使得这些设备在体积、功耗和成本方面得到了改善。例如，采用新型材料和工艺，使得激光器的体积更加小巧，便于携带和部署，同时降低了生产和维护成本。这一趋势不仅降低了使用门槛，也使得中红外温室气体激光器能够在更多的应用场景中发挥作用，满足市场对灵活性和便携性的需求，甚至可以应用于野外勘测和移动监测等场合。 上海水QCL激光器