常見的溫室氣體光譜學(xué)檢測(cè)技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)（NDIR）、傅立葉變換光譜技術(shù)（FTIR）、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)（DOAS）、差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)（DIAL）、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）、激光外差光譜技術(shù)（LHS）、空間外差光譜技術(shù)（SHS）等。其中，NDIR技術(shù)利用氣體分子對(duì)寬帶紅外光的吸收光譜強(qiáng)度與濃度成正比的關(guān)系，進(jìn)行溫室氣體反演，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但儀器的光譜分辨率和檢測(cè)靈敏度較低。FTIR技術(shù)通過測(cè)量紅外光的干涉圖，并對(duì)干涉圖進(jìn)行傅立葉積分變換，從而獲得被測(cè)氣體紅外吸收光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)多種組分同時(shí)監(jiān)測(cè)，適用于溫室氣體的本底、廓線和時(shí)空變化測(cè)量及其同位素探測(cè)，儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多氣體組分探測(cè)，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對(duì)氣體遙感探測(cè)的光譜技術(shù)，具有高精度、遠(yuǎn)距離、高空間分辨等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)諧激光光源，完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。QCL由二次諧波從而對(duì)污染氣體進(jìn)行定性或者定量分析，具有高分辨率、高靈敏度以及響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。定制QCL激光器工廠

    波長覆蓋范圍寬量子級(jí)聯(lián)激光器從波長設(shè)計(jì)原理上與常規(guī)半導(dǎo)體激光器不同，常規(guī)半導(dǎo)體激光器的激射波長受限于材料自身的禁帶寬度，而QCL的激射波長是由導(dǎo)帶中子帶間的能級(jí)間距決定的，可以通過調(diào)節(jié)量子阱/壘層的厚度改變子帶間的能級(jí)間距，從而改變QCL的激射波長。從理論上講，QCL可以覆蓋中遠(yuǎn)紅外到THz波段。[2]單個(gè)激光器激射波長連續(xù)可調(diào)諧對(duì)于各種氣體的檢測(cè)，需要激光器的波長精確平滑地從一個(gè)波長調(diào)諧到另一個(gè)波長。對(duì)于特定氣體的檢測(cè)，波長更需要精確的調(diào)節(jié)以匹配其吸收線，也稱為分子“指紋”。另外，通過波長調(diào)節(jié)以匹配氣體的第二條吸收線，可以用來作為條吸收線是否正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)。單個(gè)激光器的激射波長可以通過改變溫度和工作電流進(jìn)行調(diào)諧，已有技術(shù)通過改變激光器的工作溫度，得到波長9μm激光器中心頻率，約為10cm-1。而使用外置光柵，可以得到更寬的波長調(diào)諧范圍。 上海制造QCL激光器公司在信息處理和通信領(lǐng)域，可調(diào)諧激光器可以用于構(gòu)建高效的光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；

    2002年之后，帶間級(jí)聯(lián)激光器在美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）取得了更加快速的發(fā)展，在低閾值電流、高工作溫度以及長波長等方向上都取得了矚目的成果。其中**重要的是2005年，研究人員制作出的單縱模分布反饋式激光器（DFB）可以實(shí)現(xiàn)甲烷氣體的檢測(cè)。并于2007年交付美國國家航空航天局（NASA）的好奇號(hào)進(jìn)行火星的甲烷探測(cè)。2008年，美國海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）經(jīng)過多年優(yōu)化和發(fā)展，終于實(shí)現(xiàn)了里程碑式的***臺(tái)室溫連續(xù)激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器，連續(xù)波**高工作溫度可達(dá)319K，激射波長為μm。2011年，美國海軍實(shí)驗(yàn)室在材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步提出了“載流子再平衡”的概念，解決了有源區(qū)中電子和空穴的數(shù)量不均等問題，通過改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度，平衡有源區(qū)中過高的空穴濃度。之后，德國伍茲堡大學(xué)在“載流子再平衡”的基礎(chǔ)上，提出了短注入?yún)^(qū)的設(shè)計(jì)。2014年，美國海軍實(shí)驗(yàn)室通過增加有源級(jí)聯(lián)區(qū)的周期數(shù)及分別限制層的厚度，進(jìn)一步提高了帶間級(jí)聯(lián)激光器的器件指標(biāo)，其室溫連續(xù)輸出功率達(dá)592mW，輸出特性以及輸出波長如圖3和4所示。這也是目前帶間級(jí)聯(lián)激光器輸出功率的**高指標(biāo)，并在2015年成功制作級(jí)聯(lián)數(shù)為10的帶間級(jí)聯(lián)激光器。

    除了氣體檢測(cè)外，帶間級(jí)聯(lián)激光器也可用于***領(lǐng)域中。紅外半導(dǎo)體激光器由于體積小、效率高、易調(diào)制、環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在***領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈已經(jīng)從***代紅外尋的制導(dǎo)向第四代3～5μm中紅外波段凝視成像制導(dǎo)發(fā)展，該技術(shù)**提高了紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的靈敏度和抗干擾能力，使其獲得了更遠(yuǎn)的攻擊距離。此外，中紅外波段還可以應(yīng)用于工業(yè)過程控制、臨床呼吸診斷、紅外景象投影、醫(yī)學(xué)醫(yī)療和化學(xué)生物威脅探測(cè)等領(lǐng)域中；還可以作為光發(fā)射機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)自由空間內(nèi)的信息傳輸。目前，可以實(shí)現(xiàn)中紅外波段激光器的主要技術(shù)手段包括一類（type-Ⅰ）量子阱（QW）銻化鎵（GaSb）基的激光器及其形成的一類級(jí)聯(lián)量子阱激光器。此外還有目前在長波紅外和太赫茲波段非常熱門的量子級(jí)聯(lián)激光器。本文重點(diǎn)介紹帶間級(jí)聯(lián)激光器。 QCL則將范圍拓展到了中遠(yuǎn)紅外波段，使其在氣體檢測(cè)、空間通訊等方面得到了越來越多的應(yīng)用。

    TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量"，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，易于設(shè)備的小型化。因此可以掙脫實(shí)驗(yàn)室的束縛，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳。比如大氣環(huán)境在線監(jiān)測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測(cè)、汽車尾氣測(cè)量、工業(yè)過程氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等等。TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長調(diào)諧特性，可獲得被選定的待測(cè)氣體特征吸收峰的吸收光譜，從而對(duì)氣體定性或者定量的分析。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小，所以也稱之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡單來說就是這些氣體"分子指紋"的識(shí)別系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的選擇性。此外，TDLAS的檢測(cè)靈敏度也是較高的，不過檢出限能達(dá)到怎樣的量級(jí)，就和所用光源有著很大的關(guān)系。常見的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm，基本是中紅外的天下，所以，作為中紅外激光光源的QCL，則可展現(xiàn)性能優(yōu)勢(shì)。再加之高輸出功率，檢出限可達(dá)到ppb，甚至ppt級(jí)別。這比傳統(tǒng)的近紅外光源所能達(dá)到的水平，整整高出了3~6個(gè)量級(jí)。 中紅外光譜是分子的基頻吸收區(qū)，對(duì)痕量氣體具有極高的敏感度，這使得它成為溫室氣體監(jiān)測(cè)的理想選擇。定制QCL激光器工廠

TDLAS：當(dāng)激光波長與待測(cè)氣體分子的吸收線匹配時(shí)，分子會(huì)吸收部分能量，透射光強(qiáng)度的變化，計(jì)算氣體濃度。定制QCL激光器工廠

    在環(huán)境污染分子的監(jiān)測(cè)分析中，典型的應(yīng)用有、、。近紅外光譜的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是壓力加寬不是一個(gè)很大的問題，因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點(diǎn)是有許多分子在該譜區(qū)沒有吸收，雖然在測(cè)量復(fù)雜混合物時(shí)，這也許是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。中紅外波段工作在3－13μm的“指紋”區(qū)，是氣體分子基帶吸收。這個(gè)波段分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外波段要大幾個(gè)量級(jí)。如：CH4在，理論檢測(cè)下限可達(dá)；CO在，理論檢測(cè)可達(dá)。通常分子在這個(gè)波段的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜譜線非常豐富密集，典型的光譜線寬約為2×10－3cm－1（~60MHz）。中紅外波段激光光譜技術(shù)目前主要受到激光光源的限制，但近幾年來，隨著紅外激光技術(shù)的發(fā)展和新型中紅外相干光源技術(shù)的發(fā)展，在中紅外波段進(jìn)***體分子的超高靈敏檢測(cè)技術(shù)有了長足的進(jìn)步。 定制QCL激光器工廠