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量子級(jí)聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser）是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠(yuǎn)紅外頻段激光的半導(dǎo)體激光器。
量子級(jí)聯(lián)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(jià)帶中的空穴復(fù)合發(fā)光，其激射波長(zhǎng)由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定。而量子級(jí)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(zhǎng)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(wú)關(guān)。所以可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其激射波長(zhǎng)的控制。
主要特點(diǎn)：
- 波長(zhǎng)覆蓋范圍寬：能覆蓋中遠(yuǎn)紅外到太赫茲波段，理論上波長(zhǎng)范圍約為3-250μm，并且可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)特定波長(zhǎng)的激光輸出，這極大地?cái)U(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(jí)聯(lián)激光器全程只有電子參與，空穴不參與輻射發(fā)光過(guò)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：由于其獨(dú)特的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，電子在參與完子帶間躍遷發(fā)光后，會(huì)注入到下一個(gè)級(jí)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(duì)溫度十分敏感，在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，俄歇效應(yīng)將限制器件的高溫工作。而量子級(jí)聯(lián)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，最高的連續(xù)工作溫度可達(dá)150°C。
- 尺寸較?。毫孔蛹?jí)聯(lián)激光器管芯的長(zhǎng)度一般為3mm左右，便于移動(dòng)和操作，也易于系統(tǒng)化和集成化。
應(yīng)用領(lǐng)域：
氣體檢測(cè)：
- 環(huán)境監(jiān)測(cè)：可檢測(cè)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(duì)于評(píng)估空氣質(zhì)量、監(jiān)測(cè)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(duì)曾利用量子級(jí)聯(lián)激光器搭建開(kāi)路式氣體檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)城市空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。
- 工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控：在石油化工、金屬冶煉、礦山開(kāi)采等行業(yè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)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(xiǎn)氣體泄漏引發(fā)的安全事故。比如，可以使用特定波長(zhǎng)的量子級(jí)聯(lián)激光器檢測(cè)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(huì)導(dǎo)致人體呼出氣體成分的異常變化，通過(guò)量子級(jí)聯(lián)激光器對(duì)呼出氣體的種類(lèi)和濃度進(jìn)行準(zhǔn)確分析，能夠?yàn)榕R床診斷和治療提供有價(jià)值的參考，且相比使用CT等儀器，該方法不會(huì)給患者帶來(lái)過(guò)多輻射。
自由空間通信：
太赫茲（THz）通信是未來(lái)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(diǎn)。量子級(jí)聯(lián)激光器作為T(mén)Hz源發(fā)射器之一，能夠?yàn)樽杂煽臻g通信提供高質(zhì)量的激光光源，在未來(lái)的無(wú)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(guò)測(cè)量材料對(duì)特定波長(zhǎng)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(kāi)發(fā)提供重要手段。
激光制導(dǎo)：
在激光制導(dǎo)系統(tǒng)中，量子級(jí)聯(lián)激光器可以提供高精度的激光信號(hào)，用于引導(dǎo)導(dǎo)彈、炸彈等武器準(zhǔn)確命中目標(biāo)，提高制導(dǎo)精度和抗干擾能力。
安全檢查：
可應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等場(chǎng)所的安全檢查，檢測(cè)行李、包裹中是否存在爆炸物、毒品等違禁物品。其高靈敏度和快速檢測(cè)的特點(diǎn)，能夠提高安全檢查的效率和準(zhǔn)確性。
量子級(jí)聯(lián)激光器歡迎咨詢(xún)長(zhǎng)春博盛量子，0431-85916189
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