激光器的发展里程碑如下：1960年发明的固态激光器和气体激光器，1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器（QCL）是激光领域的三个重大革命性里程碑。

# 量子级联激光器的特点

量子级联激光理论的创立和量子级联激光器的发明使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能。一般而言，量子级联激光器系统包括量子级联激光模块，控制模块以及接口模块。量子级联激光器从结构上来说，可以分为分布反馈（Distributed Feedback）QCL，F-P（Fabry-Perot）QCL 和外腔（External Cavity）QCL。量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势：

3：很高的输出功率，同时也可以工作在室温环境下。

目前国际上已研制出3.6～19μm 中远红外量子级联激光器系统。随着技术的进步，目前量子级联激光器不但能以脉冲的方式工作，而且可以在连续工作的方式输出大功率激光。激光模块将QC 激光器装进一个气密性封装内，最大限度的保护了激光器的性能和寿命。

量子级联激光器的分类：

QCL激光器的基本结构包括FP-QCL（上图）、DFB-QCL（中图）和ECqcL（下图）。增益介质显示为灰色，波长 选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。

1.最简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。

# 滨松QCL激光器的特点：

滨松QCL激光器波长在4um-10um之间。

滨松QCL激光器的结构特点

单极型：只通过一种载流子进行能级跃迁从而发射出固定波长的光，通过调整各阱的宽度和间隔进行n3到n2能级调整，从而调整对应激光出射波长，n2到n1出射一个光学声子，n1与下一个周期的n3对齐，所出射的光学声子辅助隧穿过微带，微带形成的布拉格反射层有阻断光在其传播的特点。

DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。布拉格光栅（Bragg Grating）是用来滤除杂光、压窄激光线宽的器件。激光线宽是激光器输出纵模的宽度，计算公式为:

df=（c/λ²）×dλ

DFB激光器的线宽普遍在1MHz以内。

滨松QCL激光器的性能特点

1.出射激光功率稳定精确，无模跳（频率单一，单纵模），室温工作。

2.窄线宽可以达到<0.01nm 的分辨率，远大于普通滤波片的带宽20nm。可以清晰的分辨出被测气体的吸收峰和被测量。

滨松QCL激光器分类（8个可调谐波段QCL标准品）

DFB-CW QCL：TEC、AirCooling、WaterCooling、ZnSe球面镜聚焦。出射光平均功率在20mW

DFB-Pulse QCL：同样的配置。出射光峰值功率在50mW。

可调谐波长为10nm-20nm，调谐方式有两种：1.改变驱动电流：电流增大，波长增加 2.改变温度：改变光栅温度从而改变折射率，温度升高，波长增大。

滨松QCL激光器优势

发光效率高，在常温下25℃就可以发光。对手产品需要制冷至-20℃才可以发光。

滨松QCL激光器结构

金属层（散热）、光栅收光层（改变折射率）、发光有源层。有源区由34层70nm厚度结构的InGaAs/InAlAs组成，共厚约3μm。

滨松QCL激光器应用

可分为环境方面和工业方面

环境方面：空气污染物，全球变暖，土壤化肥等。针对全球变暖温室气体，如CO2可以达到390ppm级别、CH4可以达到1800ppb级别、N2O可以达到320ppb级别。其中从成本考虑主要为SO₂探测。

工业方面：火电厂检测、天然气精炼、汽车引擎评测等。QCL的优势在于可以分辨出不同元素的同位素吸收谱，这样可以更好的分析出源头在什么地方。

常见问题

滨松只提供4~10μm的标准产品，可以测量的气体种类如下图所示。对于一些特殊气体的吸收峰，波长在4~10μm之内，可以定制。

滨松的QCL包含CW-QCL，pulsed-QCL，CW-QCL模块（即将发布），pulsed-QCL模块，EC-QCL（7~10μm可调）。CW-QCL有两种封装类型，分别是HHL封装和蝶形封装；pulsed-QCL也有两种封装，分别是TO封装和蝶形封装。滨松所有QCL都为DFB型，具有窄线宽、无跳模的特性。

一般为单模高斯光。

快轴发射角大概为±25°；慢轴发散角大概为±10°。可以通过准直镜进行压缩。

俯仰和左右通过螺丝调节；前后可以按照如图所示的方式进行调节。

滨松的QCL型号组成为L1200×—※※※※H—C/E；'×'代表波长几μm；'※※※※'代表具体波数；H代表HHL封装，一般为CW激光；C代表不带内置透镜；E代表内置透镜。例如：L12004-2190H-E代表波数为2190cm-1，波长为4.56μm，HHL封装的CW激光器，内置透镜型。

工作温度代表激光器工作的温度范围；线宽0.2 cm-1代表激光器的光谱宽度，而通用的线宽一般是Hz，在换算是直接用0.2cm-1×3×108=6GHz，但是由于测量设备的限制，我们的实际线宽为MHz量级；波数调谐范围是指在中心波数之间的变化范围；辐射功率是最小20mW，实际最大可达到百mW；阈值电流代表激光器出光电流，实际以具体产品手册标注的为准；边模抑制比代表激光信噪比，由于测量设备限制，标称为25dB，实际完全可达到30dB以上。

连接方式如下图所示，"红色字样"的配件滨松都可以提供。TEC控制器电源和QCL散热器电源为普通直流电源；CW-QCL电源推荐：Newport LDX-3232；Wavelength QCL-1500；UBE CD10。

QCL作为一种激光器是电流驱动的，每种QCL的驱动电流不同，一般不会超过1.5A，所以只需要准备1.5A的电流源即可；每个QCL出厂时有测试后的固定范围，QCL的电流同时也与温度一起可以控制输出光的中心波长。

内置透镜型的QCL是指将激光器和准直透镜封装在一起，简单方便使用，不需要客户自己准直。滨松自制的内置透镜为滨松特有专利，不会产生干涉条纹，防回光，并在4-10μm均在90%以上，在8μm和5μm处分别在97%和96%以上。

连接方式如下图所示，"红色字样"的配件滨松都能提供。TEC控制器电源和控制板供电电源都为普通直流电源。

最大脉宽为500ns。

可以通过外部触发电路来调节脉宽和重频，但是最大占空比不得超过5%。

datasheet给出的是脉冲峰值功率。但是，一般功率计测得的是平均功率。如果要得到峰值功率，可根据公式峰值功率=平均功率÷重复频率÷脉冲宽度。

除了封装和引脚变化，其余电学和光学参数都没有发生变化。为了符合大众化使用，我们将脉冲型的QCL改为蝶形封装。如下图：

一般要求恒温恒湿的储存条件。温度要求范围5-30℃，湿度要求小于40%。

目前，滨松的QCL没有内置隔离器。但是，我们的内置透镜.

热敏电阻使用的是R25的电阻，其参数如下表所示：

datasheet给出的是脉冲峰值功率。但是，一般功率计测得的是平均功率。如果要得到峰值功率，可根据公式峰值功率=平均功率÷重复频率÷脉冲宽度

QCL损坏的最主要的原因是大电流。因此，在操作过程中需要注意防静电和过电流保护。只要所加电流不超过最大正向电流一般情况下不会发生损坏。