分子紅外光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手段，將一束不同波長(zhǎng)的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長(zhǎng)的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，可以采用與標(biāo)準(zhǔn)化合物的紅外光譜對(duì)比的方法來(lái)做分析鑒定。紅外光譜法主要研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物（沒(méi)有偶極矩變化的振動(dòng)在拉曼光譜中出現(xiàn)）。因此，除了單原子和同核分子如Ne、He、H2等之外，幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。除光學(xué)異構(gòu)體，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差異的化合物外，凡是具有結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)化合物，一定不會(huì)有相同的紅外光譜。通常紅外吸收帶的波長(zhǎng)位置與吸收譜帶的強(qiáng)度，反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以用來(lái)鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或其化學(xué)基團(tuán)；而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定。由于紅外光譜分析特征性強(qiáng)，氣體、液體、固體樣品都可測(cè)定，并具有用量少，分析速度快，不破壞樣品的特點(diǎn)。因此，紅外光譜法不僅與其它許多分析方法一樣，能進(jìn)行定性和定量分析，而且該法是鑒定化合物和測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的**有用方法之一。 利用多種形式的光譜學(xué)測(cè)量手段，開(kāi)展地面探測(cè)、地基探測(cè)、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè)四種典型光學(xué)觀測(cè).西藏CH4QCL激光器公司

    量子級(jí)聯(lián)激光器輸出功率較高圖3量子級(jí)聯(lián)激光器有源區(qū)工作示意圖（兩個(gè)周期）比起中紅外波段其它光源，QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測(cè)應(yīng)用中會(huì)需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率，高功率的激光器能夠提供的功率范圍大，可以滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結(jié)于其本身的有源區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其電子利用效率較高。內(nèi)量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對(duì)數(shù)能夠產(chǎn)生的光子數(shù)多少。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖，電子流通過(guò)一系列的子帶和微帶，實(shí)現(xiàn)子帶中的上能級(jí)電子的集聚，之后迅速躍遷到下能級(jí)并產(chǎn)生光子，之后注入?yún)^(qū)再重復(fù)利用電子流，使之進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。理論上一個(gè)電子可以產(chǎn)生與有源區(qū)級(jí)數(shù)相同的光子數(shù)，從而內(nèi)量子效率較高，輸出的功率也就越大。而常規(guī)的半導(dǎo)體激光器中，一個(gè)電子在與空穴相遇后輻射出一個(gè)光子。可室溫工作許多應(yīng)用中需要激光器能室溫工作（室溫脈沖或室溫連續(xù)工作）。器件低溫工作時(shí)需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，將增大系統(tǒng)體積，而且不利于激光器的光束整形。而常規(guī)半導(dǎo)體激光器中電子和空穴的分布對(duì)溫度十分敏感，在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。 山東SF6QCL激光器加工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。

    工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化石燃料燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣排放等人類活動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)量溫室氣體加劇了全球氣候變暖，研究和發(fā)展適用于不同空間、時(shí)間尺度的溫室氣體精確、快速、動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)是環(huán)境氣候研究的基礎(chǔ)和前提?；诠庾V學(xué)原理的氣體檢測(cè)技術(shù)，具有非接觸、快響應(yīng)、高靈敏、大范圍監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，是目前溫室氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)的主流研究方向。針對(duì)當(dāng)前溫室氣體點(diǎn)源、面源、區(qū)域、全球等尺度下的監(jiān)測(cè)需求，綜合利用多種形式的光譜學(xué)測(cè)量手段，開(kāi)展地面探測(cè)、地基探測(cè)、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè)四種典型光學(xué)觀測(cè)，獲取溫室氣體空間分布、季節(jié)變化和年變化的特征和趨勢(shì)，這對(duì)理解區(qū)域碳排放、掌握源匯信息、研究環(huán)境氣候變化規(guī)律等具有重要意義。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6），其中后三種氣體造成溫室效應(yīng)的能力強(qiáng)，但從對(duì)全球升溫的貢獻(xiàn)百分比來(lái)說(shuō)，CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大，它們對(duì)全球變暖的總體貢獻(xiàn)占到77%，濃度也呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢(shì)。

    中遠(yuǎn)紅外波段包含了兩個(gè)重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段，很多氣體的特征吸收峰都在這個(gè)波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，還有一些人體疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段，如圖4。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測(cè)系統(tǒng)，具有體積小、檢測(cè)速度快、精確度高等特點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用在環(huán)境檢測(cè)、痕量氣體檢測(cè)、醫(yī)療診斷等方面，基于QCL的氣體檢測(cè)系統(tǒng)是QCL重要的應(yīng)用之一，如氣體檢測(cè)系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)技術(shù)（電化學(xué)檢測(cè)、氣相色譜分析、紅外LED），量子級(jí)聯(lián)激光器在氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)如下：1、量子級(jí)聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此基于量子級(jí)聯(lián)激光器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測(cè)方法，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過(guò)調(diào)諧QCL的波長(zhǎng)，就可在光電探測(cè)器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質(zhì)量好，其出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來(lái)設(shè)計(jì)光學(xué)長(zhǎng)程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進(jìn)而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對(duì)于低濃度的氣體檢測(cè)十分有效。 TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧特性，可獲得待測(cè)氣體特征吸收峰的吸收光譜，對(duì)氣體定量的分析。

    復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間、時(shí)間尺度的濃度監(jiān)測(cè)是了解溫室氣體源與匯的基礎(chǔ)。目前適應(yīng)生態(tài)環(huán)境溫室氣體長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段仍有待研究。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測(cè)量技術(shù),具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點(diǎn),與目前新興的中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)分子"基頻"吸收光譜測(cè)量,進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度,達(dá)到溫室氣體區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù)，通過(guò)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)激光的吸收特性來(lái)檢測(cè)氣體濃度。適用于檢測(cè)具有特定吸收特性的氣體，如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣。憑借其高精度、快速響應(yīng)和非接觸式檢測(cè)的特點(diǎn)，激光氣體分析儀在工業(yè)過(guò)程控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全與泄漏檢測(cè)、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 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(lái)越多的應(yīng)用。制造QCL激光器封裝

量子級(jí)聯(lián)激光器窄線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)，因此在氣體檢測(cè)分辨率要高于其他檢測(cè)方法。西藏CH4QCL激光器公司

    作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑，量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源，因此QCL日益受到關(guān)注。尤其是近10年，越來(lái)越多的科研人員開(kāi)始研究QCL在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用，使得它的優(yōu)勢(shì)和潛力被更多的認(rèn)識(shí)和挖掘。中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應(yīng)該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成，利用量子限制效應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調(diào)節(jié)波長(zhǎng)；其次是級(jí)聯(lián)含義，它的有源區(qū)由多級(jí)耦合量子阱串接組成，可實(shí)現(xiàn)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(dǎo)體激光器是利用電子空穴對(duì)的復(fù)合發(fā)射光子，這是普通激光器不具備的一個(gè)性能。 西藏CH4QCL激光器公司