QCL激光器的基本結構包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質顯示為灰色，波長選擇機制為藍色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.**簡單的結構是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結構中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質膜以優化輸出。2.第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過**大范圍的溫度調諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調諧（通過緩慢的溫度調諧獲得10~20cm-1的調諧范圍，或者通過快速注進電流加熱調諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來，形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數百cm-1）提供快調諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結構使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。 量子級聯激光器窄線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細結構，因此在氣體檢測分辨率要高于其他檢測方法。上海水QCL激光器加工

    紅外激光光譜學獨特的優勢以及在許多領域有著潛在的重要應用價值，是近年來非常熱門的研究領域之一。主要的應用有：(1)高選擇性，高分辨率的光譜技術，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勢。(2)它是一種對所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術，同樣的儀器可以方便的改成測量其它組分的儀器，只需要改變激光器和標準氣。由于這個特點，很容易就能將其改成同時測量多組分的儀器。(3)它具有速度快，靈敏度高的優點。在不失靈敏度的情況下，其時間分辨率可以在ms量級。應用該技術的主要領域有：分子光譜研究、工業過程監測控制、燃燒過程診斷分析、發動機效率和機動車尾氣測量、檢測、大氣中痕量污染氣體監測等。因此，可調諧紅外激光光譜新方法及其環境污染時空分布監測研究對國家可持續發展和解決環境領域中必不可少的監測分析新方法與新技術有重要的科學意義和實用價值。應用該技術的主要領域有：1、分子光譜研究：光譜結構、線寬、線強等；2、大氣痕量氣體檢測：CH2O、CH4、CO2、NH3等；3、工業過程監測控制：CO、CO2、H2O、NH3等；4、醫療診斷：NO、CO、CO2、CH4等；5、機動車尾氣測量：CO、CO2、NH3、NO等。 河北國產QCL激光器封裝激光氣體分析被用于各種氣體檢測研究。高精度和靈敏度使其成為研究氣體環境科學和物理化學性質的理想設備。

    TDLAS技術具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應等優點，廣泛應用于氣體的痕量探測。利用氣體吸收譜線隨溫度、氣壓等因素變化的特性，該技術可實現對氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數的測量。無干擾、低價、可小型化等是TDLAS技術的主要優點。我們致力于發展高速（微秒級）、高靈敏（ppb級）、可攜帶式的基于可調諧半導體激光器的氣體測量技術方法，拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領域的應用。調諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下：激光光源：使用調諧半導體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內快速調諧激光波長，精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸收過程：激光器發射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰，部分激光能量被吸收，導致光強度減弱。探測器測量：激光通過氣體后，剩余的激光光強被探測器接收。探測器將光信號轉換為電信號，測量激光強度的衰減。信號處理與濃度計算：分析儀通過計算吸收光譜的強度和形狀，使用朗伯-比爾定律（Beer-LambertLaw）來推導出氣體的濃度。TDLAS技術的高分辨率和高靈敏度使其能夠準確檢測低濃度的氣體。

    相比較與其它激光器，量子級聯激光器的優點如下：1)中遠紅外和太赫茲波段出射；在QCL發明之前，半導體激光器的發射波長主要在可見光和近紅外波段，當我們需要使用中遠紅外和太赫茲波段的激光時，半導體激光器對此則有些無能為力，不同體系激光器激射波長范圍如圖3。QCL的發明，使得半導體激光器也能激射出中遠紅外和太赫茲波段的激光。如圖3.不同激光器發光范圍[15]2)寬波長范圍；QCL激射波長取決于子帶間能量差，可以通過設計量子阱層厚度來實現波長控制，所以量子級聯激光器的激射波長范圍極寬（約3-250μm），并且可以根據實際需求設計特定波長的激光輸出。3)體積小；QCL相比其它激光器如：一氧化碳激光器（激射波長為4-5μm）和二氧化碳激光器（激射波長為μm），具有體積小、重量輕的特點，其攜帶方便，便于系統化和集成化。4)單極型結構；傳統結構半導體激光器為雙極型，其出光原理依靠的是p-n結中導帶電子和價帶空穴復合所產生的受激輻射，而QCL全程只有電子參與，空穴并未參與輻射發光過程，所以量子級聯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；因為QCL所獨特的級聯結構，電子在參與完子帶間躍遷發光后，并沒有湮滅。 基于 TDLAS 技術的無創檢測方法，且效果明顯。

    量子級聯激光器（QuantumCascadeLaser）是一種能夠發射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現。隨著量子級聯激光器技術的日趨成熟，它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優勢，在氣體檢測領域得到了迅速推廣。基于量子級聯激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優點，特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優勢，使其成為研究和應用的熱點。量子級聯激光器（QuantumcascadeLaser，QCL）是基于半導體耦合量子阱子帶（一般為導帶）間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子（quantum）指的是通過調整有源區量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實現對波長的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯（cascade）的意思是有源區中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯在一起。激光器（Laser）是指產生特定波長的光源。量子級聯激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 QCL會被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測。QCL被認為是中遠紅外范圍內氣體檢測的優勢光源。天津二氧化碳QCL激光器型號

QCL則將范圍拓展到了中遠紅外波段，使其在氣體檢測、空間通訊等方面得到了越來越多的應用。上海水QCL激光器加工

    作為半導體激光技術發展的里程碑，量子級聯激光器（QCL）使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能，為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源，因此QCL日益受到關注。尤其是近10年，越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用，使得它的優勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導體激光器，它的特性不同于傳統半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成，利用量子限制效應，通過調節每層材料的厚度和子帶間距，從而調節波長；其次是級聯含義，它的有源區由多級耦合量子阱串接組成，可實現單電子注入的倍增光子輸出，可望獲得大功率，而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發射光子，這是普通激光器不具備的一個性能。 上海水QCL激光器加工