量子级联激光器（QCL) 是一种新型半导体激光器。 QCL拥有传统半导体激光器的体积小、寿命长等特点。 QCL是半导体激光理论革新的产物,  其极大的扩展了半导体激光器激射范围。在QCL发明之前,  QCL则将半导体激光器的发光范围拓展到了中远红外以及太赫兹波段，使其在气体检测、空间通讯、太赫兹成像等方面得到了越来越多的应用。

量子级联激光器

工作原理：

- 传统半导体激光器发光机制是导带的电子和价带中的空穴复合发光，其激射波长由半导体材料的禁带宽度所决定。而量子级联激光器是利用电子在半导体材料导带的子带间跃迁和声子共振辅助隧穿从而产生光放大，其出射波长由导带的子带间的能量差所决定，和半导体材料的禁带宽度无关。所以可以通过设计量子阱层的厚度来实现对其激射波长的控制。

主要特点：

- 波长覆盖范围宽：能覆盖中远红外到太赫兹波段，理论上波长范围约为3-250μm，并且可以根据实际需求设计特定波长的激光输出，这极大地扩展了半导体激光器的应用范围。

- 单极型结构：传统半导体激光器为双极型，而量子级联激光器全程只有电子参与，空穴不参与辐射发光过程，因此其出射的激光具有很好的单向偏振性。

- 高的电子利用效率：由于其级联结构，电子在参与完子带间跃迁发光后，会注入到下一个级联结构中继续跃迁发光，电子利用效率大幅度提高，理论上更容易获得大功率激射。

- 可室温工作：常规半导体激光器中电子和空穴的分布对温度十分敏感，在长波长区域，俄歇效应将限制器件的高温工作。而量子级联激光器有源区中子带波函数曲率接近相同，不易产生俄歇效应，可在室温下工作，连续工作温度可达150°C。

- 尺寸较小：量子级联激光器管芯的长度一般为3mm左右，便于移动和操作，也易于系统化和集成化。

应用领域：

气体检测：

- 环境监测：可检测大气中的各种污染气体，如二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NO_X）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）等，对于评估空气质量、监测大气污染变化以及研究气候变化等具有重要意义。例如，科研团队曾利用量子级联激光器搭建开路式气体检测系统对城市空气质量进行评估。

- 工业生产监控：在石油化工、金属冶炼、矿山开采等行业，可实时监测生产过程中产生的气体浓度，以便进行进程监控和安全监控，预防危险气体泄漏引发的安全事故。比如，可以使用特定波长的量子级联激光器检测工业燃烧排气系统中的NO气体以及爆炸物产生的气体。

- 医学诊断：某些疾病会导致人体呼出气体成分的异常变化，通过量子级联激光器对呼出气体的种类和浓度进行准确分析，能够为临床诊断和治疗提供有价值的参考，且相比使用CT等仪器，该方法不会给患者带来过多辐射。

自由空间通信：

太赫兹（THz）通信是未来通信领域的重要发展方向，具有带宽宽、天线小、定向性好、安全性高和散射小等特点。量子级联激光器作为THz源发射器之一，能够为自由空间通信提供高质量的激光光源，在未来的无线通信、卫星通信等领域具有广阔的应用前景。

材料分析：

可用于分析材料的成分和结构。例如，通过测量材料对特定波长激光的吸收、反射或散射等特性，研究人员可以了解材料的化学组成、晶体结构以及分子间的相互作用等信息，为材料科学研究和新材料的开发提供重要手段。

激光制导：

在激光制导系统中，量子级联激光器可以提供高精度的激光信号，用于引导准确命中目标，提高制导精度和抗干扰能力。

安全检查：

可应用于机场、车站等场所的安全检查，检测行李、包裹中是否存在爆炸物、等违禁物品。其高灵敏度和快速检测的特点，能够提高安全检查的效率和准确性。

产品说明

量子级联激光器（QCL）是一种基于半导体量子阱子带间跃迁的相干光源，它在中红外和太赫兹波段具有广泛的应用。与传统的半导体激光器不同，QCL的工作原理不依赖于电子和空穴的复合，而是利用电子在导带内不同量子阱能级之间的跃迁来产生光子。这种工作原理赋予了QCL一系列显著的优势，使其在许多领域中成为重要的工具。

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