浙江半導(dǎo)體QCL激光器加工

    在現(xiàn)代民用領(lǐng)域，QCL激光器（量子級(jí)聯(lián)激光器）作為紅外對(duì)抗系統(tǒng)的重要組成部分，正逐漸顯示出其不可或缺的地位。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及對(duì)安全和效率的日益重視，QCL激光器在紅外對(duì)抗中的應(yīng)用案例層出不窮，展現(xiàn)出其的性能和的適用性。以某國(guó)家的防空系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)在面對(duì)敵方導(dǎo)彈威脅時(shí)，采用了QCL激光器紅外對(duì)抗技術(shù)。這一技術(shù)通過(guò)精確發(fā)射特定波長(zhǎng)的激光，成功地干擾了敵方導(dǎo)彈的紅外尋的系統(tǒng)，顯著提高了防空能力。通過(guò)這種方式，防空系統(tǒng)不僅能夠有效保護(hù)關(guān)鍵設(shè)施的安全，還能夠降低潛在的經(jīng)濟(jì)損失。這一成功應(yīng)用案例展示了QCL激光器在實(shí)際戰(zhàn)斗環(huán)境中的高效性和實(shí)用性，同時(shí)也反映了現(xiàn)代中科技應(yīng)用的重要性。 紅外氣體傳感器是通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來(lái)計(jì)算濃度的。浙江半導(dǎo)體QCL激光器加工

    紅外激光光譜學(xué)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及在許多領(lǐng)域有著潛在的重要應(yīng)用價(jià)值，是近年來(lái)非常熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。主要的應(yīng)用有：(1)高選擇性，高分辨率的光譜技術(shù)，由于分子光譜的“指紋”特征，它不受其它氣體的干擾。這一特性與其它方法相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。(2)它是一種對(duì)所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術(shù)，同樣的儀器可以方便的改成測(cè)量其它組分的儀器，只需要改變激光器和標(biāo)準(zhǔn)氣。由于這個(gè)特點(diǎn)，很容易就能將其改成同時(shí)測(cè)量多組分的儀器。(3)它具有速度快，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。在不失靈敏度的情況下，其時(shí)間分辨率可以在ms量級(jí)。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有：分子光譜研究、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)控制、燃燒過(guò)程診斷分析、發(fā)動(dòng)機(jī)效率和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣測(cè)量、檢測(cè)、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測(cè)等。因此，可調(diào)諧紅外激光光譜新方法及其環(huán)境污染時(shí)空分布監(jiān)測(cè)研究對(duì)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和解決環(huán)境領(lǐng)域中必不可少的監(jiān)測(cè)分析新方法與新技術(shù)有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用該技術(shù)的主要領(lǐng)域有：1、分子光譜研究：光譜結(jié)構(gòu)、線寬、線強(qiáng)等；2、大氣痕量氣體檢測(cè)：CH2O、CH4、CO2、NH3等；3、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)控制：CO、CO2、H2O、NH3等；4、醫(yī)療診斷：NO、CO、CO2、CH4等；5、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣測(cè)量：CO、CO2、NH3、NO等。 陜西一氧化氮QCL激光器公司QCL在高靈敏檢測(cè)方面具備天然的優(yōu)勢(shì)，可能成為呼吸氣體分析技術(shù)領(lǐng)域瓶頸的可靠解決方案。

    2002年之后，帶間級(jí)聯(lián)激光器在美國(guó)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(zhǎng)波長(zhǎng)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(guó)國(guó)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(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）經(jīng)過(guò)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(zhǎng)為μm。2011年，美國(guó)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(wèn)題，通過(guò)改變電子注入?yún)^(qū)中的摻雜濃度，平衡有源區(qū)中過(guò)高的空穴濃度。之后，德國(guó)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(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(lèi)（type-Ⅰ）量子阱（QW）銻化鎵（GaSb）基的激光器及其形成的一類(lèi)級(jí)聯(lián)量子阱激光器。此外還有目前在長(zhǎng)波紅外和太赫茲波段非常熱門(mén)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會(huì)被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測(cè)。QCL被認(rèn)為是中遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)光源。

    1994年4月，貝爾實(shí)驗(yàn)室在《科學(xué)》上報(bào)道了***個(gè)子帶間量子級(jí)聯(lián)激光器。帶間級(jí)聯(lián)和量子級(jí)聯(lián)激光器的研究都源于早期對(duì)于半導(dǎo)體超晶格的研究以及通過(guò)子帶間躍遷實(shí)現(xiàn)激光器的探索。在帶間級(jí)聯(lián)激光器提出的2～3年內(nèi)，空穴注入?yún)^(qū)就已經(jīng)提出并加入到了帶間級(jí)聯(lián)激光器的結(jié)構(gòu)中。同時(shí)，W型二類(lèi)量子阱的概念也被提出，并取代了原先的單邊型的二類(lèi)量子阱。空穴注入?yún)^(qū)和W型有源區(qū)的設(shè)計(jì)直到***也一直被采用。1997年，由休斯頓大學(xué)和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作完成的***臺(tái)可達(dá)170K低溫工作的帶間級(jí)聯(lián)激光器被報(bào)道出來(lái)，此后，對(duì)于二類(lèi)量子阱的研究也取得了一定進(jìn)展，而帶間級(jí)聯(lián)激光器也在1998～2000年工作溫度逐漸提升至250～286K，微分量子效率超過(guò)了傳統(tǒng)極限的100%，從而證實(shí)了級(jí)聯(lián)過(guò)程。里程碑式的突破是在2002年，研究人員Yang等實(shí)現(xiàn)了***臺(tái)室溫脈沖激射的帶間級(jí)聯(lián)激光器，由18個(gè)周期構(gòu)成。 基于 TDLAS 技術(shù)的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方法，且效果明顯。內(nèi)蒙古氨QCL激光器封裝

TDLAS：當(dāng)激光波長(zhǎng)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。浙江半導(dǎo)體QCL激光器加工

    相比較與其它激光器，量子級(jí)聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)如下：1)中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段出射；在QCL發(fā)明之前，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)主要在可見(jiàn)光和近紅外波段，當(dāng)我們需要使用中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光時(shí)，半導(dǎo)體激光器對(duì)此則有些無(wú)能為力，不同體系激光器激射波長(zhǎng)范圍如圖3。QCL的發(fā)明，使得半導(dǎo)體激光器也能激射出中遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發(fā)光范圍[15]2)寬波長(zhǎng)范圍；QCL激射波長(zhǎng)取決于子帶間能量差，可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)控制，所以量子級(jí)聯(lián)激光器的激射波長(zhǎng)范圍極寬（約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。3)體積小；QCL相比其它激光器如：一氧化碳激光器（激射波長(zhǎng)為4-5μm）和二氧化碳激光器（激射波長(zhǎng)為μm），具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，其攜帶方便，便于系統(tǒng)化和集成化。4)單極型結(jié)構(gòu)；傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器為雙極型，其出光原理依靠的是p-n結(jié)中導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴復(fù)合所產(chǎn)生的受激輻射，而QCL全程只有電子參與，空穴并未參與輻射發(fā)光過(guò)程，所以量子級(jí)聯(lián)激光器為單極型激光器，且其出射的激光具有很好的單向偏振性。5)高的電子利用效率；因?yàn)镼CL所獨(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，并沒(méi)有湮滅。 浙江半導(dǎo)體QCL激光器加工