Lượng tử cấp liên máy phát laze
Có thể phóng ra quang phổ ở trung hồng ngoại cùng xa hồng ngoại tần đoạn laser chất bán dẫn máy phát laze
Lượng tử cấp liên máy phát laze ( Quantum Cascade Laser ) là một loại có thể phóng raQuang phổỞTrung hồng ngoạiCùng xa hồng ngoại tần đoạnLaserChất bán dẫn máy phát laze.Nó là từBell phòng thí nghiệmVới 1994 năm dẫn đầu thực hiện.[1]
Theo lượng tử cấp liên máy phát laze kỹ thuật ngày càng thành thục, nó bắt đầu bị so nhiều mà ứng dụng với khoa học cùng công trình nghiên cứu. Bởi vì này lộ rõ ưu thế, ở khí thể kiểm tra đo lường lĩnh vực được đến nhanh chóng mở rộng. Căn cứ vào lượng tử cấp liên máy phát lazeHồng ngoại quang phổKhí thể kiểm tra đo lường kỹ thuật có độ nhạy cao, kiểm tra đo lường tốc độ mau chờ ưu điểm, đặc biệt là ở cao độ chặt chẽ quang phổ kiểm tra đo lường phương diện sở có lộ rõ ưu thế, làm này trở thành nghiên cứu cùng ứng dụng nhiệt điểm.[1]
- Tiếng Trung danh
- Lượng tử cấp liên máy phát laze[2]
- Ngoại văn danh
- Quantum Cascade Laser[3]
- Lãnh vực
- Chất bán dẫn máy phát laze[2]
- Ứng dụng tiền cảnh
- Hoàn cảnh theo dõi, công nghiệp theo dõi chờ[2]
- Ưu thế
- Sóng đồ khoan, công suất cao, ngạch giá trị điện lưu mật độ cấp thấp[2]
- Quang nguyên
- Xa tia hồng ngoại,Chất bán dẫn laserChờ[3]
Lượng tử cấp liên máy phát laze ( Quantum cascade Laser, QCL ) là căn cứ vào chất bán dẫn ngẫu hợp lượng tử bẫy tử mang ( giống nhau vì đạo mang ) gian điện tử quá độ sở sinh ra một loại đơn tính có cực nguồn sáng. Lượng tử ( quantum ) chỉ chính là thông qua điều chỉnh có nguyên khu lượng tử bẫy độ dày có thể thay đổi tử mang mức năng lượng khoảng thời gian, thực hiện đối bước sóng “Cắt”, mặt khác cũng chỉ linh kiện chủ chốt kích cỡ nhỏ lại. Cấp liên ( cascade ) ý tứ là có nguyên khu trung thượng một tổ thành bộ phận phát ra là tiếp theo bộ phận đưa vào, một bậc tiếp một bậc xâu chuỗi ở bên nhau. Máy phát laze ( Laser ) là chỉ sinh ra riêng bước sóng nguồn sáng. Lượng tử cấp liên máy phát laze bước sóng có thể bao trùm ở quân sự, thông tín, khí thể kiểm tra đo lường chờ lĩnh vực cực có ứng dụng giá trị trung xa hồng ngoại sóng ngắn.[2]
Đồ 1 lượng tử cấp liên máy phát laze tư tưởng nảy sinh sơ đồ
Đồ 2 trên thế giới đệ nhất chi lượng tử cấp liên máy phát laze có nguyên khu có thể mang sơ đồTự lượng tử cấp liên máy phát laze ra đời về sau, rất nhiều nghiên cứu tiểu tổ khai triển tương quan công tác. Lượng tử cấp liên máy phát laze công tác độ ấm, phát ra tính năng cùng bước sóng bao trùm phạm vi ở quá khứ 20 năm lấy được tấn mãnh phát triển. Trong đó, có hai cái cột mốc lịch sử, một cái là 1997 năm nhiệt độ phòng công tác phân bố phản hồi lượng tử cấp liên máy phát laze ( DFB-QCL ) nghiên cứu chế tạo thành công, thực hiện bước sóng vì 5.4μm cùng 8μm DFB-QCL nhiệt độ phòng công tác, trong đó 5.4μm máy phát laze 300K khi phong giá trị công suất vì 60mW; một cái khác là 2002 năm thực hiện bước sóng vì 9.1μm lượng tử cấp liên máy phát laze nhiệt độ phòng liên tục công tác, linh kiện chủ chốt ở 292K khi phát ra công suất vì 17mW, tối cao liên tục công tác độ ấm vì 321K.[2]
Lượng tử cấp liên laser lý luận sáng lập cập lượng tử cấp liên máy phát laze phát minh, thực hiệnChất bán dẫn máy phát lazeCao đặc thù độ ấm, đạt được cao đáng tin cậy tính trung xa hồng ngoại sóng, cùng với cao phát ra công suất. Nói chung, lượng tử cấp liên máy phát laze hệ thống bao gồm lượng tử cấp liên laser mô khối, khống chế mô khối cùng với tiếp lời mô khối. Lượng tử cấp liên máy phát laze từ kết cấu đi lên nói, có thể chia làm phân bố phản hồi ( Distributed Feedback ) QCL, F-P ( Fabry-Perot ) QCL cùng ngoại khang ( External Cavity ) QCL.[3]
Quốc tế thượng đã nghiên cứu chế tạo ra 3.6～19μm trung xa hồng ngoại lượng tử cấp liên máy phát laze hệ thống. Theo kỹ thuật tiến bộ, lượng tử cấp liên máy phát laze chẳng những có thể lấy mạch xung phương thức công tác, 8.4μm mạch xung QCL công tác độ ấm đã cao hơn 150℃, hơn nữa có thể ở liên tục công tác phương thức phát ra đạt 500m W quang công suất. Laser mô khối đem QCL máy phát laze cất vào một cái khí mật tính phong trang nội, lớn nhất hạn độ bảo hộ máy phát laze tính năng cùng thọ mệnh.[3]
1994 năm nước Mỹ Bell phòng thí nghiệm chọn dùng phần tử thúc bên ngoài kỹ thuật ( Molecular Beam Epitaxy: MBE ) phát minh cái thứ nhất đơn cực hình lượng tử cấp liên máy phát laze ( Quantum Cascade Laser: QCL, nó là căn cứ vào điện tử ở đạo dây lưng mang gian quá độ, thả quang học thanh tử cộng hưởng phụ trợ toại xuyên nguyên lý thực hiện hạt số xoay ngược lại, cũng phóng xạ laser. Trung xa hồng ngoại đơn cực hình lượng tử cấp liên máy phát laze đã có thể bao trùm 27.8~3802.3 cm-1( tương
Đương với 2.63-360 µm ) bước sóng phạm vi. Mà quốc gia của ta trung xa hồng ngoại lượng tử cấp liên máy phát laze nghiên cứu bắt đầu từ 1995 năm, trung khoa viện chất bán dẫn viện nghiên cứu với 2000 năm nghiên cứu chế tạo ra 2777.8~2857.1 cm-1( tương đương với 3.5~3.6 µm ) trung hồng ngoại QCL linh kiện chủ chốt.[1]
Truyền thống chất bán dẫn máy phát laze là căn cứ vào mang gian quá độ, ở p-n kết thêm chính hướng thiên áp, thực hiện điện tử cùng không huyệt chi gianHạt số xoay ngược lại.Này thiên áp đem phân biệt ở vào đạo mang cùng giới mang trung điện tử cùng không huyệt rót vào đã có nguyên khu, thông qua mang gian điện tử cùng không huyệt hợp lại sinh ra laser; mà lượng tử cấp liên máy phát laze laser sinh ra quá trình chỉ có đạo mang cùng trong đó điện tử tham dự, thực hiện có nguyên khu bất đồng lượng tử bẫy mức năng lượng gian hạt số xoay ngược lại cũng phóng xạ laser. Này lý luận đưa ra là chất bán dẫn vật lý lý luận sáng tạo, nó phát triển cùng thực nghiệm nghiệm chứng là lượng tử bẫy có thể mang công trình cùng phần tử thúc bên ngoài kỹ thuật cùng giao diện chất lượng khống chế tương kết hợp điển phạm.[1]
Theo kinh tế phát triển, nhân loại đối với thiên nhiên quấy nhiễu cùng đối hoàn cảnh phá hư càng thêm nghiêm trọng, vô luận là mưa axit chờ khí hậu tai hoạ, cũng hoặc là toàn cầu khí hậu biến ấm, vẫn là sương mù hiện tượng tần phát, đều nghiêm trọng ảnh hưởng mọi người sinh tồn hoàn cảnh. Các quốc gia nhà khoa học đối hoàn cảnh theo dõi đều thập phần coi trọng. 2008 năm, chính trực Bắc Kinh thế vận hội Olympic tổ chức khoảnh khắc, nước Mỹ Princeton nghiên cứu khoa học tiểu tổ lợi dụng lượng tử cấp liên máy phát laze dựng mở đường thức khí thể kiểm tra đo lường hệ thống, đối Bắc Kinh tiến hành rồi không khí chất lượng đánh giá. “HIPPO” hạng mục ( từ nước Mỹ quốc gia khoa học quỹ hội ( NSF ) cùng nước Mỹ quốc gia hải dương cùng đại khí cục ( NOAA ) duy trì ) cùng “CalNEX” hạng mục ( từ nước Mỹ California không khí tài nguyên cục ( CARB ) cùng NOAA duy trì ) đang ở khai triển nhà ấm khí thể tương quan nghiên cứu công tác.[2]
Ở dầu mỏ hóa chất, kim loại tinh luyện, khu mỏ khai thác chờ ngành sản xuất sinh sản trong quá trình, thông qua kiểm tra đo lường sinh ra tương ứng khí thể độ dày có thể tiến hành tiến trình theo dõi, cũng có thể theo dõi tiết lộ nguy hiểm khí thể độ dày, lấy bảo đảm sinh sản an toàn, đã có kỹ thuật chọn dùng 5.2μm QCL đối công nghiệp thiêu đốt bài khí hệ thống trung sinh ra NO khí thể tiến hành thật khi kiểm tra đo lường, cũng sử dụng 7.8μm mạch xung QCL đối chất nổ sinh ra khí thể tiến hành quang học kiểm tra đo lường.[2]
Có bệnh tật sẽ tạo thành nhân loại thở ra khí thể thành phần dị thường lên cao, thông qua đối thở ra khí thể chủng loại cùng độ dày tiến hành chuẩn xác phân tích, có thể đốiLâm sàng chẩn bệnhCùng trị liệu cung cấp có giá trị tham khảo, hơn nữa không cần bởi vì sử dụng CT chờ dụng cụ mà dẫn vào quá nhiều phóng xạ. Tỷ như, hoạn có bệnh tiểu đường, gan cùng thận bệnh tật người bệnh thở ra khí thể trung NH3Độ dày sẽ xuất hiện dị thường, hoạn có suyễn, tâm não huyết quản bệnh tật người bệnh thở ra khí thể trung CO độ dày sẽ tăng cao, cho nên chọn dùng liên tục công tác 10.3μm lượng tử cấp liên máy phát laze đối nhân thể thở ra NH₃ độ dày tiến hành kiểm tra đo lường.[2]
Đã có kỹ thuật chọn dùng trực tiếp hấp thu lượng tử cấp liên laser quang phổ pháp đối chất đồng vị khí thể14N15N16O,15N14N16O cùng14N216O tiến hành cao độ chặt chẽ phân tích, có thể đồng bộ trắc định này hỗn hợp tỉ lệ.[2]
Trừ bỏ kể trên nhắc tới ứng dụng cảnh tượng, lấy khí thể kiểm tra đo lường làm cơ sở bản nguyên lý ứng dụng cảnh tượng còn có rất nhiều, tỷ như nông nghiệp sinh sản, công nghiệp thực phẩm, Internet Vạn Vật chờ, lượng tử cấp liên máy phát laze bởi vì này cố hữu đặc điểm cùng ưu thế, là rất nhiều khí thể kiểm tra đo lường ứng dụng cảnh tượng lý tưởng nguồn sáng.[2]
Lượng tử cấp liên máy phát laze từ bước sóng thiết kế nguyên lý thượng cùng thường quy chất bán dẫn máy phát laze bất đồng, thường quy chất bán dẫn máy phát laze bắn nhanh bước sóng chịu giới hạn trong tài liệu tự thân cấm giải thông độ, mà QCL bắn nhanh bước sóng là từ đạo mang nơ-tron mang gian mức năng lượng khoảng thời gian quyết định, có thể thông qua điều tiết lượng tử bẫy / lũy tầng độ dày thay đổi tử mang gian mức năng lượng khoảng thời gian, do đó thay đổi QCL bắn nhanh bước sóng. Từ lý luận thượng giảng, QCL có thể bao trùm trung xa hồng ngoại đến THz sóng ngắn.[2]
Đối với các loại khí thể kiểm tra đo lường, yêu cầu máy phát laze bước sóng chính xác trơn nhẵn mà từ một cái bước sóng hài hoà đến một cái khác bước sóng. Đối với riêng khí thể kiểm tra đo lường, bước sóng càng cần nữa chính xác điều tiết lấy xứng đôi này hấp thu tuyến, cũng xưng là phần tử “Vân tay”. Mặt khác, thông qua bước sóng điều tiết lấy xứng đôi khí thể đệ nhị điều hấp thu tuyến, có thể dùng để làm điều thứ nhất hấp thu tuyến hay không chính xác phán đoán tiêu chuẩn. Đơn cái máy phát laze bắn nhanh bước sóng có thể thông qua thay đổi độ ấm cùng công tác điện lưu tiến hành hài hoà, đã có kỹ thuật thông qua thay đổi máy phát laze công tác độ ấm, được đến bước sóng 9μm máy phát laze trung tâm tần suất 0.9% hài hoà phạm vi, ước vì 10cm-1.Mà sử dụng ngoại trí con cách, có thể được đến càng khoan bước sóng hài hoà phạm vi.[2]
Đồ 3 lượng tử cấp liên máy phát laze có nguyên khu công tác sơ đồ ( hai cái chu kỳ )Rất nhiều ứng dụng trung yêu cầu máy phát laze có thể nhiệt độ phòng công tác ( nhiệt độ phòng mạch xung hoặc nhiệt độ phòng liên tục công tác ). Linh kiện chủ chốt nhiệt độ thấp công tác khi cần đem máy phát laze đặt ở nitơ lỏng làm lạnh đỗ ngói trung, đem tăng đại hệ thống thể tích, hơn nữa bất lợi với máy phát laze chùm tia sáng chỉnh hình. Mà thường quy chất bán dẫn máy phát laze trung điện tử cùng không huyệt phân bố đối độ ấm thập phần mẫn cảm, ở sóng dài trường khu vực, nga nghỉ hiệu ứng đem hạn chế linh kiện chủ chốt cực nóng công tác, mà lượng tử cấp liên máy phát laze có nguyên khu nơ-tron mang sóng hàm số khúc suất tiếp cận tương đồng, không dễ sinh ra nga nghỉ hiệu ứng, đã có lượng tử cấp liên máy phát laze tối cao liên tục công tác độ ấm vì 150°C.[2]
Đồ 4 mang gian quá độ cùng tử mang gian quá độ sơ đồ
Đồ 5 lượng tử cấp liên máy phát laze vật thật đồ
