紅外光譜檢測(cè)方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和非分散紅外光譜（NDIR）技術(shù)，以及紅外激光光譜技術(shù)。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比，紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源，具有更高的光譜分辨率，不需要使用額外的分光部件，易于實(shí)現(xiàn)儀器的小型化。另外，高功率密度激光光源更方便實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)光程檢測(cè)。紅外激光光譜學(xué)依據(jù)波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在－μm的近紅外區(qū)，相應(yīng)于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數(shù)比中紅外的基頻吸收要弱得多，一般要低2－3數(shù)量級(jí)。盡管如此，由III－V族化合物制成的半導(dǎo)體激光由于在通信和電子工業(yè)元件方面的廣泛應(yīng)用，其價(jià)格相對(duì)便宜，質(zhì)量、性能和輸出功率都相當(dāng)優(yōu)越，且在接近室溫工作，使其在一些濃度較高或?qū)`敏度要求較低的污染源排放的氣體監(jiān)測(cè)中得到了很好的應(yīng)用，足以達(dá)到ppm的檢測(cè)水平，甚至到達(dá)ppb的水平，接近中紅外光譜系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的1－10％。 分布式反饋激光二極管（DFB-LD）檢測(cè)某種氣體，該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長(zhǎng)。寧夏CO2QCL激光器工廠

    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。 海南水QCL激光器工廠基于光譜學(xué)原理的氣體檢測(cè)技術(shù)，有非接觸、快響應(yīng)、高靈敏、大范圍監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，是監(jiān)測(cè)技術(shù)的主流研究方向。

    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(zhǎng)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。

    激光器的發(fā)展里程碑如下：1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器，1962年發(fā)明的雙極型半導(dǎo)體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）是激光領(lǐng)域的三個(gè)重大性里程碑。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同，它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，其發(fā)光波長(zhǎng)由半導(dǎo)體能隙來決定，填補(bǔ)了半導(dǎo)體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長(zhǎng)。量子級(jí)聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的級(jí)聯(lián)過程，電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個(gè)過程再次發(fā)光。這個(gè)級(jí)聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此，量子級(jí)聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導(dǎo)體激光理論的一次和里程碑。 基于 TDLAS 技術(shù)的無創(chuàng)檢測(cè)方法，且效果明顯。

    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(jiǎn)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。紅外氣體傳感器是通過測(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計(jì)算濃度的。內(nèi)蒙古一氧化氮QCL激光器封裝

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。寧夏CO2QCL激光器工廠

    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，可以通過設(shè)計(jì)量子阱層厚度來實(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??；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，并沒有湮滅。 寧夏CO2QCL激光器工廠