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，和半导体材料的禁带宽度无关，因此可以通过设计量子阱层的厚度来实现波长的控制。如图1.(A)传统半导体激光器其发光原理(B)QCL发光原理。 TDLAS：当激光波长与待测气体分子的吸收线匹配时，分子会吸收部分能量，透射光强度的变化，计算气体浓度。四川氨QCL激光器加工
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。 湖北NH3QCL激光器型号在信息处理和通信领域，可调谐激光器可以用于构建高效的光通信系统和网络；
QCL激光器的基本结构包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。增益介质显示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。1.简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。
TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技术利用可调谐半导体激光器的特性，通过调制激光器的波长，使其扫描被测气体分子的吸收峰，从而实现对气体分子浓度的测量。该技术通过红外吸收来测量激光通过被测气体时被吸收的数量，具有高精度和无接触的特点。调谐半导体吸收光谱（TDLAS）技术是激光吸收光谱（LAS）技术的一种。根据激光器的不同驱动形式，激光吸收光谱（LAS）技术可以分为：直接吸收法和调制吸收法。这两种技术各有优缺点：直接吸收法：需要锁定激光器驱动电流，不需加载2f谐波信号，结构简单，成本低，但容易受干扰，尤其是低频干扰，所以灵敏度相对低些。调制吸收法：需要给到激光器锯齿波驱动电流信号，同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上，结构会相对复杂一些，成本要比直接吸收法高一些，但是灵敏度高，能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类，波长调制类需要更大的调谐范围，频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率，技术复杂，灵敏度更高。 DFB激光器由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性。
激光器的发展里程碑如下：1960年发明的固态激光器和气体激光器，1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器（QCL）是激光领域的三个重大变革性里程碑。量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定，填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与，其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转，从而实现单电子注入的多光子输出，并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程，电子从高能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子"循环"起来，从而造就了一种令人惊叹的激光器。因此，量子级联激光器的发明被视为半导体激光理论的一次变革和里程碑。 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。西藏SF6QCL激光器哪家好
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。四川氨QCL激光器加工
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进行测量，避免了不同分子光谱的交叉干扰，从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值，是近年来非常热门的研究领域之一。可调谐半导体激光器，目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括：法珀（Fabry-Perot）激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射（DistributedBraggreflector）激光器、垂直腔表面发射（Vertical-cavitysurface-emitting）激光器和外腔调谐半导体激光器。 四川氨QCL激光器加工