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量子級聯(lián)激光技術(shù)
閱讀：54 發(fā)布時間：2025-8-13
量子級聯(lián)激光器 (Quantum Cascade Laser, QCL) 誕生于1994年的美國，是一種新型半導(dǎo)體激光器。傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光機制是導(dǎo)帶和價帶中的電子空穴對復(fù)合發(fā)光，而量子級聯(lián)激光器的工作原理是電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設(shè)計量子阱層的厚度來實現(xiàn)波長的控制。
量子級聯(lián)激光器是半導(dǎo)體激光理論革新的產(chǎn)物，它極大地擴展了半導(dǎo)體激光器激射范圍。在量子級聯(lián)激光器發(fā)明之前，傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)射波長主要在可見光和近紅外波段，而量子級聯(lián)激光器則將發(fā)光范圍拓展到了中遠紅外以及太赫茲波段，使其在氣體檢測、空間通訊、紅外對抗、太赫茲成像等方面得到了越來越多的應(yīng)用。同時，量子級聯(lián)激光器還具有高單色性、高相干性、高方向性、高亮度、長壽命等優(yōu)勢。
在氣體檢測方面，中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口：3-5μm和8-13μm波段。很多氣體的特征吸收峰都在這個波段，如 NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等。
基于量子級聯(lián)激光技術(shù)的氣體檢測系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的氣體檢測技術(shù)，有兩大優(yōu)勢：
1. 量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細結(jié)構(gòu)，因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠高于其他光譜檢測方法，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過調(diào)諧量子級聯(lián)激光器的波長，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。
2. 量子級聯(lián)激光器的光束質(zhì)量好，出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來設(shè)計光學(xué)長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。