量子級聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser，簡稱QCL）是一種基于半導(dǎo)體量子阱子帶間躍遷的相干光源，它在中紅外和太赫茲波段具有廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器不同，量子級激光器的工作原理不依賴于電子和空穴的復(fù)合，而是利用電子在導(dǎo)帶內(nèi)不同量子阱能級之間的躍遷來產(chǎn)生光子。這種工作原理賦予了QCL一系列顯著的優(yōu)勢，使其在許多領(lǐng)域中成為重要的工具。
量子級激光器
工作原理：
- 傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光機(jī)制是導(dǎo)帶的電子和價帶中的空穴復(fù)合發(fā)光，其激射波長由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定。而量子級聯(lián)激光器是利用電子在半導(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)。所以可以通過設(shè)計量子阱層的厚度來實現(xiàn)對其激射波長的控制。
主要特點：
- 波長覆蓋范圍寬：能覆蓋中遠(yuǎn)紅外到太赫茲波段，理論上波長范圍約為3-250μm，并且可以根據(jù)實際需求設(shè)計特定波長的激光輸出，這極大地擴(kuò)展了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍。
- 單極型結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器為雙極型，而量子級激光器全程只有電子參與，空穴不參與輻射發(fā)光過程，因此其出射的激光具有很好的單向偏振性。
- 高的電子利用效率：由于其級聯(lián)結(jié)構(gòu)，電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后，會注入到下一個級聯(lián)結(jié)構(gòu)中繼續(xù)躍遷發(fā)光，電子利用效率大幅度提高，理論上更容易獲得大功率激射。
- 可室溫工作：常規(guī)半導(dǎo)體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感，在長波長區(qū)域，俄歇效應(yīng)將限制器件的高溫工作。而量子級激光器有源區(qū)中子帶波函數(shù)曲率接近相同，不易產(chǎn)生俄歇效應(yīng)，可在室溫下工作，連續(xù)工作溫度可達(dá)150°C。
- 尺寸較小：量子級激光器管芯的長度一般為3mm左右，便于移動和操作，也易于系統(tǒng)化和集成化。
應(yīng)用領(lǐng)域：
氣體檢測：
- 環(huán)境監(jiān)測：可檢測大氣中的各種污染氣體，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等，對于評估空氣質(zhì)量、監(jiān)測大氣污染變化以及研究氣候變化等具有重要意義。例如，科研團(tuán)隊曾利用量子級激光器搭建開路式氣體檢測系統(tǒng)對城市空氣質(zhì)量進(jìn)行評估。
- 工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控：在石油化工、金屬冶煉、礦山開采等行業(yè)，可實時監(jiān)測生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體濃度，以便進(jìn)行進(jìn)程監(jiān)控和安全監(jiān)控，預(yù)防危險氣體泄漏引發(fā)的安全事故。比如，可以使用特定波長的量子級激光器檢測工業(yè)燃燒排氣系統(tǒng)中的NO氣體以及爆炸物產(chǎn)生的氣體。
- 醫(yī)學(xué)診斷：某些疾病會導(dǎo)致人體呼出氣體成分的異常變化，通過量子級激光器對呼出氣體的種類和濃度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，能夠為臨床診斷和治療提供有價值的參考，且相比使用CT等儀器，該方法不會給患者帶來過多輻射。
自由空間通信：
太赫茲（THz）通信是未來通信領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，具有帶寬寬、天線小、定向性好、安全性高和散射小等特點。量子聯(lián)激光器作為THz源發(fā)射器之一，能夠為自由空間通信提供高質(zhì)量的激光光源，在未來的無線通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
材料分析：
可用于分析材料的成分和結(jié)構(gòu)。例如，通過測量材料對特定波長激光的吸收、反射或散射等特性，研究人員可以了解材料的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)以及分子間的相互作用等信息，為材料科學(xué)研究和新材料的開發(fā)提供重要手段。
安全檢查：
可應(yīng)用于機(jī)場、車站等場所的安全檢查，檢測行李、包裹中是否存在爆炸物等違禁物品。其高靈敏度和快速檢測的特點，能夠提高安全檢查的效率和準(zhǔn)確性。
產(chǎn)品說明
產(chǎn)品特點：
· 半導(dǎo)體DFB、FB 激光器
· 波長范圍 4.03~10.38μm
· 多種封裝可選：
· HHL (N2O/NH3/CO/O3/SO2)
· TO3-Can (N2O/NH3/CO/O3/SO2)
· VHL (N2O/NH3/CO/O3/SO2)
· C-MOUNT (N2O/NH3/CO/O3/SO2)
| 型號 | 10.26 µm C-Mount | 9.47 µm C-Mount | 7.83 µm C-Mount | 6.23 µm C-Mount | 5.26 µm C-Mount | 4.72 µm C-Mount | 4.58 µm C-Mount | 4.54 µm C-Mount | 4.34 µm C-Mount | 10.38 µm TO3 | 8.31 µm TO3 | 7.81µm TO3 | 4.52 µm TO3 Pkg | 5.26 µm VHL Pkg | 5.18 µm VHL Pkg | 4.59 µm VHL Pkg | 4.56 µm VHL Pkg | 9.47 µm HHL Pkg | 9.00 µm HHL Pkg | 8.70 µm HHL Pkg | 8.70 µm HHL Pkg | 7.80 µm HHL Pkg | 7.43 µm HHL Pkg | 5.26 µm HHL Pkg | 4.73 µm HHL Pkg | 4.61 µm HHL Pkg | 4.55 µm HHL Pkg | 4.53 µm HHL Pkg | 4.53 µm HHL Pkg | 4.03 µm HHL Pkg |
| 基礎(chǔ)參數(shù) | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 激光器類型 | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | DFB | FB | FB | FB | DFB | DFB | DFB | DFB | FB | DFB | DFB | FB | FB |
| 封裝 | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | C-Mount | TO–3 CAN | TO–3 CAN | TO–3 CAN | TO–3 CAN | VHL | VHL | VHL | VHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL | HHL |
| 波長 | 10.26 μm | 9.47 μm | 7.83 μm | 6.23 μm | 5.26 μm | 4.72 μm | 4.58 μm | 4.54 μm | 4.34 μm | 10.38 μm | 8.31 μm | 7.82 μm | 4.52 μm | 5.26 μm | 5.18 μm | 4.58 μm | 4.56 μm | 9.47 μm | 9.00 μm | 8.70 μm | 8.70 μm | 7.80 μm | 7.43 μm | 5.26 μm | 4.73 μm | 4.61 μm | 4.55 μm | 4.53 μm | 4.53 μm | 4.03 μm |
| 功率 | 59.3 mW | 49.2 mW | 152.7 mW | 57.2 mW | 74.3 mW | 126.3 mW | 105.2 mW | 94.1 mW | 137.6 mW | 128.8 mW | 92.4 mW | 170.8 mW | 39.2 mW | 141.2 mW | 152.5 | |||||||||||||||
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