红外激光光谱学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。主要的应用有：(1)高选择性，高分辨率的光谱技术，由于分子光谱的“指纹”特征，它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。(2)它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术，同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器，只需要改变激光器和标准气。由于这个特点，很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。(3)它具有速度快，灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下，其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有：分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、检测、大气中痕量污染气体监测等。因此，可调谐红外激光光谱新方法及其环境污染时空分布监测研究对国家可持续发展和解决环境领域中必不可少的监测分析新方法与新技术有重要的科学意义和实用价值。应用该技术的主要领域有：1、分子光谱研究：光谱结构、线宽、线强等；2、大气痕量气体检测：CH2O、CH4、CO2、NH3等；3、工业过程监测控制：CO、CO2、H2O、NH3等；4、医疗诊断：NO、CO、CO2、CH4等；5、机动车尾气测量：CO、CO2、NH3、NO等。 中红外光谱是分子的基频吸收区，对痕量气体具有极高的敏感度，这使得它成为温室气体监测的理想选择。湖北半导体QCL激光器哪家好
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。 贵州定制QCL激光器定制TDLAS利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流变化，对分子的单个或几个相近的吸收线进行测量。
1994年4月，贝尔实验室在《科学》上报道了***个子带间量子级联激光器。带间级联和量子级联激光器的研究都源于早期对于半导体超晶格的研究以及通过子带间跃迁实现激光器的探索。在带间级联激光器提出的2～3年内，空穴注入区就已经提出并加入到了带间级联激光器的结构中。同时，W型二类量子阱的概念也被提出，并取代了原先的单边型的二类量子阱。空穴注入区和W型有源区的设计直到***也一直被采用。1997年，由休斯顿大学和桑迪亚国家实验室合作完成的***台可达170K低温工作的带间级联激光器被报道出来，此后，对于二类量子阱的研究也取得了一定进展，而带间级联激光器也在1998～2000年工作温度逐渐提升至250～286K，微分量子效率超过了传统极限的100%，从而证实了级联过程。里程碑式的突破是在2002年，研究人员Yang等实现了***台室温脉冲激射的带间级联激光器，由18个周期构成。
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辨观测。 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。
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择。进入21世纪全球环境问题日益突出，各国都在在努力减少温室气体排放。二氧化碳（CO2）通常被称为温室气体，但其他使全球环境恶化的气体还包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在气体泄漏检测和性气体的集中监控是预防灾难中激光法可以采取有效报警措施从而可以避免风险于灾难之前。激光吸收光谱法是检测微量气体的方法之一。它使用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。 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。浙江甲烷QCL激光器加工
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。湖北半导体QCL激光器哪家好
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。 湖北半导体QCL激光器哪家好