媒体视角 | 滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用

2019-02-19 16:20:12, 仪器信息网滨松光子学商贸（中国）有限公司

转自媒体

2018年6月7日-9日，由生态环境部、北京市人民政府、中国国际商会、联合国环境规划署共同支持，中国环境保护产业协会主办的第十六届中国国际环保展览会（CIEPEC2018）在北京开幕，滨松光子学商贸（中国）有限公司（以下简称“滨松中国”）受邀参展。借此机会，媒体的工作人员采访了滨松中国的分析领域量子级联激光器（QCL）项目负责人周旭升，由他为我们介绍了QCL在环境大气遥感测量中的应用。

滨松中国分析领域

量子级联激光器项目负责人周旭升

据了解，QCL是1994年Federico Capasso和其团队在贝尔实验室率先发明的。QCL的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程，电子从高能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入到下一个过程再次发光。

烟气、汽车尾气等污染气体中所含有的氮氧化物、硫氧化物等成分，对我们的健康有着很大的威胁，监测它们的排放情况，中红外波段光这时就大有用处了。

QCLAS（量子级联激光调谐吸收光谱）技术是利用中红外光指纹峰来判断气体的种类和浓度的一种办法。目前常见的污染气体（有机/无机）在4μm～10μm内都有多重的、极其强烈的吸收峰。在这更宽的波长选择区间，QCL更高的功率可以实现低检出限（ppb以下）、高精度（ppb）、远距离（Km）、抗干扰、多组分（订制波长）。

与同类厂商相比，滨松QCL采用的是DFB（分布式反馈激光器）结构，在内部设置了衍射光栅，可使光谱带宽处于非常窄的单一波长。虽然DFB-QCL很难实现量产，但滨松目前已拥有了充实的可定制化产品线。值得一提的是，滨松拥有芯片的生产专利，且QCL的整个生产过程均在自己的工厂完成，全环节无外包，保证产品质量的同时各个环节的反馈能够得到及时的响应。（看看QCL开发工程师怎么说>>）

滨松量子级联激光器红外气体分析应用示例

最关键一点，滨松公司的QCL已经走出实验室，全线产品工作在10～50℃外界环境温度；长时间功率和波长可靠性可以大大节省前处理成本、校准周期和工序！

在采访过程中，周工说到：“我们还有四点承诺，那就是我们的调试范围肯定是在正负一个波数的，而且绝对不会有模跳，单一精确波长，和最低20mW输出功率，这四点是绝对的承诺！”

从客户角度来讲，探测器和光源都来自同一个厂家是具有很大优势的。比如，目前多数的仪器制造商都是从不同厂家分别购买的探测器件和光源。但若开发出来的设备没有达到预期的性能时，由于器件来自不同的地方，就很难知道配合使用过程中的问题所在。在这方面，滨松拥有绝对的优势，除了光源，滨松是唯一可同时提供对应红外探测器的厂家，包括器件和模块。（了解该应用中的红外探测器>>）

在采访中，周工坦言，QCL目前还是小众技术，对于客户而言，它的成本相对较高，因此整个市场的销量也相对较少。周工形象地用“先有鸡？还是先有蛋？”的问题来比喻了QCL的市场情况。当客户的使用量增长以后，产品的成本自然会下降。对于光谱分析技术，中红外技术仍在发展阶段，在这个过程中，滨松是走在前面的，也希望通过和更多的客户合作，共同发展QCL激光分析技术以及其应用。

对于中国市场，滨松的客户目前集中在学术领域，在工业领域虽然还没有大批量的量产用户，但是大家对这中红外可调谐激光技术都表示出了强烈的兴趣。为更加方便国内客户对技术的了解和接触，滨松在中国专门配备了样机，供客户免费试用。在空气污染问题日益严峻的现在，我们也希望通过滨松这样的前沿技术发展，为环境监测应用带来更多的支持和可能。