量子級聯激光器（QCL）介紹
量子級聯激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單光源，其工作原理與通常的半導體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級厚度的半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態，在這些激發態之間產生粒子數反轉，該激光器的有源區是由耦合量子阱的多級串接組成（通常大于500層）而實現單電子注入的多光子輸出。量子級聯激光器的激射波長覆蓋兩個大氣窗口，并可以向遠紅外波段拓展，因此量子級聯激光器的發明與發展，開創了中遠紅外半導體激光的新領域。
當量子級聯激光器的研究發展到了階段，有了實際的應用空間，便開始了商業化的進程，目前主要的商業公司包括Alpes Lasers、Daylight Solutions和Prytica等。Alpes Lasers是由瑞士Neuchatel 大學的Jerome Faist 創辦的，占據85%的量子級聯激光器市場份額。主要產品包括室溫連續或脈沖工作法布里－珀羅量子級聯激光器、室溫連續或脈沖工作和低溫連續工作分布反饋量子級聯激光器以及低溫連續或脈沖工作太赫茲量子級聯激光器，激射波長覆蓋中遠紅外波段，激射功率為幾十到上百毫瓦。Daylight Solutions和Prytica公司主要研究大功率連續工作模式高工作溫度的中紅外量子級聯激光器的技術，獲得了世界上輸出功率為2W的商用中紅外量子級聯激光器，并且將此技術運用到外腔寬調諧量子級聯激光器中。
產品特點：
1、單個發光器件的功率可達4W
2、波長從3.8微米到12微, 米以上
3、可調諧QCL系統
4、過軍事規格要求
5、單激光以及多波長高亮度系統
6、提供OEM和系統級配置
主要優勢：
1、商用上功率的QCL
2、QCL保護和溫度管理功能
3、生產工藝成熟
4、小型封裝
5、垂直整合提供子系統級和系統級方案
高功率連續波激光器系統：1101-XX-CW-XXXX
1101-46-CW-XXXX以成套系統出售，包括激光頭、電源，客戶購買后開箱即可使用。熱電冷卻儀和準直光學元件都密閉封裝在一起，可在實際環境下無故障運行。
系統有四種功率輸出型號：
1101-46-CW-750：功率輸出>0.75W，激光頭在室溫下輸出連續波
1101-46-CW-1000：功率輸出>1.0W，激光頭在室溫下輸出連續波
1101-46-CW-1500：功率輸出>1.5W，激光頭在室溫下輸出連續波
1101-46-CW-2000：功率輸出>2.0W，激光頭在室溫下輸出連續波
封裝激光頭規格：
工作 | 激光頭在室溫下輸出連續波 |
波長 | 4.6 μm |
輸出波長 | 中心波長~4.6um的寬帶光源；光譜線寬~150nm |
輸出功率 | ≥0.75 W, ≥1.0 W, 1.5 W, 或 >2.0 W (取決于型號) |
輸出光束 | 近似準直 |
輸出光質量 | 近衍射限 |
連續波工作 | 通過前面板的調制輸入接頭施加+5V直流使1101-46-CW以真正的連續波模式工作 |
調制工作 | 可用范圍從1kHz到100kHz的TTL信號調制1101-46-CW |
性 | 在全功率運行和周期性的溫度循環條件下，功率不衰減的壽命大于3,000小時 |
尺寸 | 寬度13 cm，高度17 cm，深度15 cm |
重量 | 1.9 kg |
電源規格：
調制 | 調制輸入接口位于前面板上，范圍從1kHz到100kHz（3dB帶寬，TTL輸入）。使用電源可以1GHz調制速率調制量子級聯激光器。 |
保護 | 激光器電源有多重保護激光器的無故障運行 電源有5秒啟動延遲時間 激光器由一個的開關啟動 |
尺寸 | 寬帶28cm，18cm，深度37cm |
重量 | 10kg |
電氣輸入 | 110/220 V, 4 A () |
OEM高功率連續波激光器 ：1101-XX-CW--BF
1101-XX-CW--BF室溫QCL模塊是高功率連續波中紅外QCL的OEM版本。室溫下4.6um時提供3.5W連續波光功率，在4.0um提供2.5W連續波功率。蝶式封裝內包括包置于熱電冷卻器上的高功率量子級聯激光器模塊、一個用于探測QCL穩定的熱敏電阻和用于準直輸出光的光學元件。
Prytica正在申請的QCL結構設計無需外部冷卻或水冷可就允許在室溫下輸出高功率連續波，該QCL中還集成了我們的反射鍍膜技術，在高連續波功率下地工作。該OEM模塊要求合適的溫度管理系統以維持蝶形封裝主體溫度處于35攝氏度之下。每種模塊要求客戶根據規格要求提供電流調制電源，用于驅動QCL和TEC。TEC電流需要使用熱敏電阻數據來反饋控制，使QCL工作溫度恒定。萬一QCL期間溫度上升高于45攝氏度，熱敏電阻數據也用于QCL電源關閉。
OEM版本的高功率QCL的性能和工作壽命不能和其它QCL一樣，型號有：
1101-XX-CW-500-BF: 輸出功率~0.50W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-750-BF: 輸出功率~0.75W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-1000-BF: 輸出功率~1.0W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-1500-BF: 輸出功率~1.5W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-2000-BF: 輸出功率~2.0W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-2500-BF: 輸出功率~2.5W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波
1101-XX-CW-3000-BF: 輸出功率~3.0W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波（目前提供4.6微米版本）
1101-XX-CW-3500-BF: 輸出功率~3.5W，蝶形封裝在環境溫度小于35攝氏度下為連續波（目前提供4.6微米版本）
高功率準連續波微型系統：1101-XX-QCW--MicroTT-EXT
1101-XX-QCW--MicroTT-EXT是高平均功率、紅外脈沖型量子級聯激光器（QCL）系統。在波長為4.6微米時，系統的平均功率過2瓦。也可選其它在3.8到12微米之間的波長。它是一個被動冷卻系統，設計用于桌上使用時可做到真正隔震。系統只要求一個外部20伏直流電源就可工作。脈沖成形和功率調節電子元件、包含QCL和用于準直輸出激光的光學元件的密閉封裝都一起裝在外殼內。系統無需調整，在穩定的溫度環境下可長期穩定工作。該系統也有內部電池工作選項。2瓦的QCL使用四個CR123A電池運行時間大于30分鐘，對于更低功率的QCL運行時間更長。
平均功率 | > 2.5W at 4.6 μm, > 2.0 W at 4.0 μm, >1.5 W at 3.8 μm, > 1.2 W at 7.2 μm > 1.5 W at 9.3 μm |
工作模式 | 準連續，高占空比 |
光輸出 | 標準規格為輸出~200ns到500ns脈沖 |
波長選項 | ~3.8 μm, ~4.0 μm, 4.6 μm, 7.1 μm, 8.5 μm, 9.3 μm 其它從3.8到12微米之間的波長也可定制 |
規格參數：
OEM高平均功率脈沖激光：1101-XX-QCW--UC-PF
1101-XX-QCW--UC-PF量子級聯激光系統是高平均功率紅外脈沖光源，用于OEM應用。在4.6微米波長時平均功率大于2瓦，在4.0微米時大于1瓦。也可選擇3.8微米到12微米之間的其它波長。該系統是被動冷卻系統，用于OEM應用集成到客戶的平臺中時可以做到真正隔震。系統要一個外部直流電源就可工作。脈沖成形和功率調節電子元件位于PCB板上，與包含QCL和相關光學元件的密閉蝶式封裝一起使波長穩定，并準直輸出激光光束。系統無需調節，在穩定的溫度環境中可以長期穩定地工作。
高功率脈沖激光器系統：1101-XX-HP-XXXX
1101-XX-HP-XXXX量子級聯激光器以成套系統出售，包括激光頭和電源，客戶購買后開箱即可使用。該系統的標準版本由量子級聯激光器、準直透鏡和電子元件組成，可在惡劣環境中無故障運行。輸出中紅外近似準直光束，光束直徑約為4mm。
對于應用，該系統可選一個卡口擴束安裝座，將光束投射到千米之外的距離，如圖所示在激光頭集成了一個Janos ASIO 50mm F/2.3物鏡。卡口安裝座也可根據具體要求使用其它透鏡。輸出脈沖時間是固定的，范圍從50ns到500ns之間。該系統的特點是小于5ns的快速脈沖上升和下降時間。提供多種內外觸發選項。
三種脈沖版本：
Model 1101-46-HP-1000: 激光頭在室溫下的峰值脈沖輸出功率大于1瓦
Model 1101-46-HP-2000: 激光頭在室溫下的峰值脈沖輸出功率大于2瓦
Model 1101-46-HP-4000: 激光頭在室溫下的峰值脈沖輸出功率大于4瓦
激光頭規格：
工作 | 激光頭在室溫下脈沖輸出 |
波長 | 4.6 μm (其它至12um波長可選) |
輸出光譜 | 中心波長~4.6um的寬帶光源；光譜線寬~150nm |
脈沖長度 | 50ns到500ns（由客戶選定） |
上升下降時間 | <5ns |
脈沖重復率 | 1MHz |
工作模式 | 內部觸發 通過外部脈沖序列同步 |
輸出光束 | 近似準直光，可選連接外部光束擴束鏡頭投射至千米之外 |
輸出光性 | 近衍射限 在全功率運行和周期性的溫度循環條件下，功率不衰減的壽命大于3,000小時 |
周圍溫度 | <45oC |
尺寸 | 寬度13 cm，高度17 cm，深度15 cm |
重量 | 1.9 kg |
電源規格：
調制 | 調制輸入接口位于前面板上，范圍從1kHz到100kHz（3dB帶寬，TTL輸入）。使用電源可以1GHz調制速率調制量子級聯激光器。 |
保護 | 激光器電源有多重保護激光器的無故障運行 電源有5秒啟動延遲時間 激光器由一個的開關啟動 |
尺寸 | 寬帶28cm，18cm，深度37cm |
重量 | 7.3kg |
電氣輸入 | 110/220 V, 3 A () |
高功率多波長激光器系統：MultiLux?-20-XX--CW-SYST
MULTILUX?-20-40-46-CW-SYST是一套高功率多波長激光系統，在室溫時發射連續波的功率可達幾個瓦特，有一個短紅外波長和兩個中紅外波長。三個激光都是共線和準直的，而且光束質量，能夠滿足各種國和國土應用的要求。
MULTILUX?-20-40-46-CW有以下幾種配置：
波長~4.6μm，室溫下功率大于2.0W
波長~4.0μm，室溫下功率大于1.5W
波長~2.1μm，室溫下功率大于3.0W
三個不同波長激光之間的共線性要1毫弧度，耦合在一起的光束質量，可以投射到很遠的距離。可以控制每個波長的激光，也可以通過脈沖序列來調制。還可以選擇其它短波長紅外、中波長紅外和長波長紅外的組合。
產品描述
激光頭：
1、 | SWIR短波長紅外激光器 |
| - 光纖激光器 @ 2.0 ± 0.1 μm |
| - 功率輸出：可達3 W |
| - M2 < 1.5 |
2、 | MWIR中波長紅外激光器1 |
| - ~4.0 ± 0.15 μm量子級聯激光器密封封裝，帶熱電冷卻和準直透鏡 |
| -功率輸出：可達2&nbs, p;W |
| - M2 < 1.5 |
3、 | MWIR中波長紅外激光器2 |
| - ~4.6 ± 0.15 μm量子級聯激光器密封封裝，帶熱電冷卻和準直透鏡 |
| -功率輸出：可達1.5 W |
| - M2 < 1.5 |
4、 | 其它波長組合可選 |
5、 | 光束組合元件 |
| - 提供包含三種波長的一束準直光 |
| - 三個光束的直徑相同（±10%） |
| - 三個光束共線對其，不會從組合光束中分叉開來 |
6、 | 光束擴展元件可選配 |
7、 | 空氣冷卻系統 |
8、 | 激光器保護系統 |
9、 | 外形尺寸：10" x 10" x 6.5"（近似值） |
10、 | 重量：20磅（近似值） |
控制器：
1、 | 主板帶RS422/485接口，提供需的系統功能和用戶通信；也可選用RS232/485/422 |
2、 | QCL電流驅動器 |
3、 | QCL溫度控制器 |
4、 | 光纖激光器系統電源 |
5、 | 控制兩個激光器的工作模式；地作為連續波光源或者通過內部、外部或編程的脈沖序列工作（方波脈沖調制頻率：MWIR：100kHz，3dB rollover point；SWIR：5kHz，3dB rollover point） |
6、 | 架式安裝控制器 |
7、 | 前面板控制或者通過計算機界面控制 |
8、 | 連接激光頭和控制器的電源線長度可達15英尺 |
9、 | 電氣輸入110/220 VAC 50/60Hz or 28 V DC (由客戶確定) |
10、 | 控制器重量：30磅 |
手持式紅外照明量子級聯激光器：PoyntIR?-XX
產品特點：
1、輸出光可能會是復雜的光脈沖序列，序列可定制。
2、智能On/Off按鈕，根據要求可重新編程。
3、的閉鎖開關存儲。
4、電池耗盡保護，以免On/Off按鈕一直保持壓下狀態。
5、智能交流充電器電池充電過量。
1、規格都是在室溫下工作。
2、根據訂購可選其它脈沖序列。
3、9.6 μm波長可選（型號PoyntIR?-96）。
4、通過可選配的內置準直透鏡可變成真正的準直光。
5、尺寸和重量可能隨著運行時間增加而減小。
產品參數：
平均光功率 | > 20 mW for PoyntIR?-46-20 |
工作模式 | 150 ms "pulses" at 2 Hz |
波長 | ~4.6 μm |
發散度 | 3.0 mrad 垂直 |
尺寸 | 420 mm長，72 mm直徑（近似） |
重量 | ~ 800 g |
充電時間 | < 3 小時 |
應用領域
量子級聯激光器系統和氣體探測器的應用領域。
1 .御
? IRCM（紅外熱輻射干擾系統）
? 目標指示
? 目標照射
? 標向波
? 遠距離探測
? 毒氣偵測
? 集裝箱檢查
2 .
? 氣氨檢測（肝腎）
? 葡萄糖檢測
? 呼吸診斷
? 麻醉檢測
? 醫院空氣質量檢測
3 .環境監測
? 空氣檢測和網絡
? 環境空氣質量
? 農業碳排放監測
? 海洋船舶排放監測
? 煙囪排放監測
? 車輛排放監測
4. 工業檢測
? 天然氣含量監測
? 泄露檢測
? 石油化工監測
? 制藥工藝質量控制
5. 半導體行業
? 設備氣體監測控制
? 晶圓傳遞
? 原位污質監測
? 內部氣體污染監測
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