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Optical facet coatings for high-performance LWIR quantum cascade lasers atλ∼8.5μm 被引量:1
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作者 MA Yuan LIN Yu-Zhe +5 位作者 WAN Chen-Yang WANG Zi-Xian ZHOU Xu-Yan ZHANG Jin-Chuan LIU Feng-Qi ZHENG Wan-Hua 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期497-502,共6页
We report on the performance improvement of long-wave infrared quantum cascade lasers(LWIR QCLs)by studying and optimizing the anti-reflection(AR)optical facet coating.Compared to the Al2O3 AR coat⁃ing,the Y_(2)O_(3)A... We report on the performance improvement of long-wave infrared quantum cascade lasers(LWIR QCLs)by studying and optimizing the anti-reflection(AR)optical facet coating.Compared to the Al2O3 AR coat⁃ing,the Y_(2)O_(3)AR coating exhibits higher catastrophic optical mirror damage(COMD)level,and the optical facet coatings of both material systems have no beam steering effect.A 3-mm-long,9.5-μm-wide buried-heterostruc⁃ture(BH)LWIR QCL ofλ~8.5μm with Y_(2)O_(3)metallic high-reflection(HR)and AR of~0.2%reflectivity coating demonstrates a maximum pulsed peak power of 2.19 W at 298 K,which is 149%higher than that of the uncoated device.For continuous-wave(CW)operation,by optimizing the reflectivity of the Y_(2)O_(3)AR coating,the maximum output power reaches 0.73 W,which is 91%higher than that of the uncoated device. 展开更多
关键词 quantum cascade lasers long-wave infrared optical facet coatings catastrophic optical mirror damage
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Structural design of a wide-ridge mid-wave infrared quantum cascade laser based on a supersymmetric waveguide
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作者 DU Shu-Hao ZHENG Xian-Tong +7 位作者 JIA Han CUI Jin-Tao ZHANG Shi-Ya LIU Yuan FENG Yu-Lin ZHANG Chun-Qian LIU Ming ZHANG Dong-Liang 《红外与毫米波学报》 2025年第3期452-458,共7页
In the process of power scaling large-area Quantum Cascade Lasers(QCLs),challenges such as degradation of beam quality and emission of multilobed far-field modes are frequently encountered.These issues become particul... In the process of power scaling large-area Quantum Cascade Lasers(QCLs),challenges such as degradation of beam quality and emission of multilobed far-field modes are frequently encountered.These issues become particularly pronounced with an increase in ridge width,resulting in multimode problems.To tackle this,an innovative multi ridge waveguide structure based on the principle of supersymmetry(SUSY)was proposed.This structure comprises a wider main waveguide in the center and two narrower auxiliary waveguides on either side.The high-order modes of the main waveguide are coupled with the modes of the auxiliary waveguides through mode-matching design,and the optical loss of the auxiliary waveguides suppresses these modes,thereby achieving fundamental mode lasing of the wider main waveguide.This paper employs the finite difference eigenmode(FDE)method to perform detailed structural modeling and simulation optimization of the 4.6μm wavelength quantum cascade laser,successfully achieving a single transverse mode QCL with a ridge width of 10μm.In comparison to the traditional single-mode QCL(with a ridge width of about 5μm),the MRW structure has the potential to increase the gain area of the laser by 100%.This offers a novel design concept and methodology for enhancing the single-mode luminous power of mid-infrared quantum cascade lasers,which is of considerable significance. 展开更多
关键词 quantum cascade laser mode competition supersymmetry mid-infrared auxiliary waveguides
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基于8.309μm QCL的硫化氢/甲烷开路式检测方法研究 被引量:3
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作者 李俊 范斌斌 +7 位作者 曾庆杰 张家瑞 马天 翟小伟 郝乐 肖安山 张贺 王振 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期467-477,共11页
H_(2)S,CH_(4)多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术,选用中心波长为8.309μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源,搭建30 m长距离的遥测实验系统,使用WMS波长调... H_(2)S,CH_(4)多组分气体浓度测量技术的研究对石油石化行业的安全生产有重要意义。基于中红外TDLAS技术,选用中心波长为8.309μm的量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)为检测光源,搭建30 m长距离的遥测实验系统,使用WMS波长调制法对H2S,CH4气体的吸收谱线进行连续调谐与扫描,并对高频正弦载波进行了最优深化调制,实现了H2S,CH4多组分气体的同时测量。实验将H2S与5%体积分数的高浓度水汽进行混合测量,分析并验证了该波段的水汽吸收难以对测量造成交叉干扰的优良特性,并利用Savitzky-Golay平滑滤波器提高了检测信号的信噪比。通过遥测实验,分析了15 m,30 m不同遥测距离对检测信号的影响,并利用增加积分时间与计算信噪比的方法,得到了128.75×10^(-9)m的遥测最低限。最后,Allan方差的计算结果表明,当积分时间为183 s,142 s时,系统对H2S,CH4气体的最低检测下限分别为0.593×10^(-9)和1.160×10^(-9)。本文的研究结果为中红外波段H2S,CH4多组分气体的高灵敏度、同时测量提供了一种有效途径,为多组分气体的遥测应用提供了参考。 展开更多
关键词 中红外 硫化氢 量子级联激光器 多组分气体遥测
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基于THz QCL和THz QWP的数字通信演示系统 被引量:5
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作者 陈镇 谭智勇 +1 位作者 王长 曹俊诚 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第10期2796-2799,2852,共5页
随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹(THz)通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器(T... 随着无线通信速率需求的增加和材料生长、器件工艺制作水平的提高,太赫兹(THz)通信已成为未来高速无线通信系统发展的一个重要方向。介绍了太赫兹通信的特点以及国际上太赫兹通信系统的发展现状,并报导了一种利用太赫兹量子级联激光器(THz QCL)作为发射源,太赫兹量子阱探测器(THz QWP)作为接收器的太赫兹数字通信演示系统。该系统采用On-Off-Key(OOK)调制和直接强度检测方式,通信频点为3.9 THz,通信距离为2.2 m,传输速率可达1 Mbps以上。最后探讨了该系统的带宽限制因素及其在通信速率方面的潜力。 展开更多
关键词 太赫兹通信 太赫兹量子级联激光器 太赫兹量子阱探测器
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中红外外腔可调谐窄线宽量子级联激光器设计
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作者 贾涵 袁配 +6 位作者 张东亮 张诗雅 崔锦涛 杜舒豪 刘铭 成步文 郑军 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期192-202,共11页
可调谐量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在自由空间光通信、光谱检测等领域具有重要的应用前景。然而针对分布式反馈QCL存在的掩埋光栅二次外延工艺繁琐、表面光栅耦合效果不佳,以及光栅耦合不利于器件集成化、微型化等问题,... 可调谐量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在自由空间光通信、光谱检测等领域具有重要的应用前景。然而针对分布式反馈QCL存在的掩埋光栅二次外延工艺繁琐、表面光栅耦合效果不佳,以及光栅耦合不利于器件集成化、微型化等问题,提出利用硅基锗集成波导与F-P腔QCL混合集成来实现波长可调谐和窄线宽输出的方案,对中心波长4.6μm的可调谐QCL的硅基集成外腔部分进行了设计优化。通过时域有限差分法仿真,系统地分析了微环谐振器半径、耦合长度和耦合间隔等结构参数对中心波长偏移和透射率的影响。研究表明,微环谐振器耦合间隔的减小会显著影响输出光谱透射率和耦合系数,而耦合长度的增加则会影响输出光谱透射率并使中心波长向长波方向移动。此外,分析了Sagnac环形反射镜的耦合间隔对耦合系数和反射率的影响,结果表明耦合间隔的减小会导致反射率的增加。最后通过改变波导材料有效折射率,仿真模拟了调谐性能。最终确定当自由光谱范围为20 nm、线宽为0.18 nm时的微环谐振器的半径为41.5μm,耦合长度为4μm,耦合间隔为0.15μm;反射率为0.7时的反射镜的耦合长度为60μm,耦合间隔为0.345μm,相关参数和研究结论为实际器件制备提供了理论依据。 展开更多
关键词 量子级联激光器 可调谐 时域有限差分法仿真 微环谐振器 Sagnac环形反射镜
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用于痕量N2O检测的多周期低秩重建解析方法研究
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作者 傅潇然 郜峰 +5 位作者 杨晓鹏 贾俊杰 孙逸 杨云鹏 马翔云 李奇峰 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第3期203-210,共8页
为了解决量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在低浓度笑气N_(2)O定量检测中稳定性低的问题,并进一步降低笑气的检测下限,提出了一种基于多周期低秩重建的解析方法。该方法通过对高速采样下的吸收光谱信号进行矩阵重构,提取信号... 为了解决量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)在低浓度笑气N_(2)O定量检测中稳定性低的问题,并进一步降低笑气的检测下限,提出了一种基于多周期低秩重建的解析方法。该方法通过对高速采样下的吸收光谱信号进行矩阵重构,提取信号的低秩特征并去除冗余信息,进而提高信号的信噪比。与传统的正交锁相放大方法相比,所提出的方法在N_(2)O 100 ppb(1 ppb=10^(-9))浓度下的检测标准差可提高至2.82,在10 s采样时间内,拟合优度(R-Square,R^(2))和均方根方差(Root MeanSquared Error,RMSE)分别提升至0.931和0.024,显著提高了低浓度下N_(2)O检测的准确性和重复性,且计算时间仅1.42 s。这一创新方法为痕量气体快速检测技术的发展提供了新的解决方案,有望在环境监测和工业安全等领域得到广泛应用。 展开更多
关键词 中红外光谱 量子级联激光器 气体检测 低秩近似
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高功率中红外量子级联激光器设计研究
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作者 常俊利 索华东 +1 位作者 段凯 朱国利 《激光与红外》 北大核心 2025年第6期855-860,共6页
为了解决国产中红外波段半导体单靶条输出激光功率低,暂时无法在工业上大规模应用的问题。提出将四个半导体靶条激光模块进行空间合束,从而提高中红外波段量子级联激光器总的输出功率。通过设计镜片与微调光路等光束整形技术,很好的解... 为了解决国产中红外波段半导体单靶条输出激光功率低,暂时无法在工业上大规模应用的问题。提出将四个半导体靶条激光模块进行空间合束,从而提高中红外波段量子级联激光器总的输出功率。通过设计镜片与微调光路等光束整形技术,很好的解决了四路激光在空间合束过程中遇到的光束质量变差,光束整形、合束后如何改善光束质量问题;驱动控制与控温模块中,电流驱动控制电路和控温电路精确的对输入激光器的电压,电流,温度进行稳定控制,使量子级联激光器在室温下能够实现稳定的高功率输出。设计出高的室温输出功率、较小发散角、窄线宽和宽带可调谐的量子级联激光器具有重要的社会和军事意义,也有广泛的实用前景。 展开更多
关键词 中红外波段量子级联激光器 空间合束 光束整形技术 驱动控制与控温模块
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基于中红外QCL的痕量CO气体传感器 被引量:3
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作者 杨立华 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第7期60-62,66,共4页
为了减少CO爆炸给国民经济造成的巨大损伤,提出了一种能够快速地监测环境空气中痕量CO的气体传感器。由于CO分子基频吸收谱带的吸收线强要比泛频带和组合频带的吸收线强高出2~3个数量级,选择激射中心波长为4.65μm中红外量子级联激光器... 为了减少CO爆炸给国民经济造成的巨大损伤,提出了一种能够快速地监测环境空气中痕量CO的气体传感器。由于CO分子基频吸收谱带的吸收线强要比泛频带和组合频带的吸收线强高出2~3个数量级,选择激射中心波长为4.65μm中红外量子级联激光器(QCL)作为光源,同时再配合长光程Herriott气室提高了CO体积分数检测下限。同时,该传感器采用单光源双探测器差分光学结构,消除了电调制光源所带来的不稳定性。实验表明:该传感器CO体积分数检测下限为2×10-6,并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的中红外QCL来测量其它气体。 展开更多
关键词 一氧化碳 中红外 量子级联激光器 Herriott吸收气室 痕量气体测量
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太赫兹QCL技术研究进展
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作者 沈昌乐 王雪敏 +6 位作者 黎维华 阎大伟 赵妍 罗跃川 彭丽萍 吴卫东 唐永建 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第19期109-116,共8页
综述了太赫兹QCL(THz QCL)有源区结构设计与制备、波导结构设计和频率控制3方面的基本原理及研究进展。THz QCL有源区薄膜厚度、组分和掺杂浓度的精确控制是材料制备过程的关键。通过提高注入电流和器件温度的稳定性可以有效减小THz QC... 综述了太赫兹QCL(THz QCL)有源区结构设计与制备、波导结构设计和频率控制3方面的基本原理及研究进展。THz QCL有源区薄膜厚度、组分和掺杂浓度的精确控制是材料制备过程的关键。通过提高注入电流和器件温度的稳定性可以有效减小THz QCL线宽和提高频率稳定性。随着器件功率和频率特性的提升,THz QCL将在通讯、成像和谱分析等技术领域获得广泛的应用。 展开更多
关键词 太赫兹 qcl 有源区 波导 频率稳定性
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1511 cm-1处SO_(2)F_(2)的光声光谱探测研究
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作者 齐汝宾 丁金峰 +8 位作者 陈东升 张一博 张伊涛 任林娇 秦自瑞 张培 姜利英 李新田 赫树开 《激光与红外》 北大核心 2025年第1期85-90,共6页
氟化硫酰(SO_(2)F_(2))是SF_(6)早期分解产物的代表,对SO_(2)F_(2)的精准定量分析,可以有效预判电气设备的潜在故障,进而避免设备的损坏以维护电力系统的安全稳定运行,因此对SO_(2)F_(2)的快速、高灵敏度检测显得尤为重要。为此,研制了... 氟化硫酰(SO_(2)F_(2))是SF_(6)早期分解产物的代表,对SO_(2)F_(2)的精准定量分析,可以有效预判电气设备的潜在故障,进而避免设备的损坏以维护电力系统的安全稳定运行,因此对SO_(2)F_(2)的快速、高灵敏度检测显得尤为重要。为此,研制了一种基于中红外波段的高灵敏度SO_(2)F_(2)气体光声传感系统,该检测系统结合小型共振式光声池与QCL激光器,首次在中心波长为1511 cm^(-1)的肩峰吸收波段,实现了对SO_(2)F_(2)的高灵敏的光声探测。研究结果表明,该光声系统响应度为63.32 mV/ppm,当积分时间为13s,最低检出限可达1.7 ppb。 展开更多
关键词 SO_(2)F_(2) qcl激光器 光声光谱 小型光声池 肩峰
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基于QCL的红外吸收光谱技术的研究进展 被引量:13
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作者 张怀林 吴涛 何兴道 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2751-2757,共7页
量子级联激光器作为一种新型的单极型半导体激光器,其峰值发射波长处于中红外波段(2.5~25μm),具有功率高、线宽窄、响应速率快等传统半导体激光器所没有的独特优势,且具有较高的探测灵敏度,非常适合中红外波段的气体分子的检测。可广... 量子级联激光器作为一种新型的单极型半导体激光器,其峰值发射波长处于中红外波段(2.5~25μm),具有功率高、线宽窄、响应速率快等传统半导体激光器所没有的独特优势,且具有较高的探测灵敏度,非常适合中红外波段的气体分子的检测。可广泛应用于大气痕量气体、呼吸气体、燃烧气体、生化气体、机动车尾气、工业废气以及农药残留气体等低浓度气体的检测。因此,利用量子级联激光器对气体分子进行探测在非侵入式医学诊断、环境监测以及工农业生产等领域都具有十分重要的意义。自20世纪末量子级联激光器发明以来,室温激光器的性能得到了长足的进步,也出现了多种结构形式的量子级联激光器。这也使得量子级联激光器红外吸收光谱技术得到了很大的发展。事实上,很多光谱技术在量子级联激光器发明之前就已经得到了发展和应用,而利用量子级联激光器作为光源则在很大程度上扩展了可探测波段,也在一定程度上提高了探测极限。这其中就包括了直接吸收光谱技术、波长调制技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术以及光声光谱等。综述了国内外量子级联激光器进行红外吸收光谱技术的研究现状和发展趋势,分析了量子级联激光器红外吸收光谱技术在发展过程中所遇到的瓶颈以及后期得到的解决方案,比较详细地介绍了各种方法的原理、应用,并指出了在吸收光谱测量中的优缺点,同时对外场痕量气体探测作了简要总结。最后,对量子级联激光器红外吸收光谱技术在未来痕量气体探测上的应用和发展进行了展望,指出随着红外吸收光谱技术的快速发展,这些方法可以得到更有效的改进和发展,进而朝着高灵敏度、高集成度以及高时效方向发展。 展开更多
关键词 量子级联激光器 红外吸收光谱技术 气体检测
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EC-QCL中红外激光外差光谱遥测技术研究 被引量:1
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作者 沈凤娇 谈图 +3 位作者 卢军 张胜 高晓明 陈卫东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1739-1745,共7页
具有高灵敏度、高光谱分辨率的中红外激光外差光谱气体探测,是以窄线宽激光器作为本地振荡器,通过放大入射的微弱吸收信号,实现大气痕量气体柱浓度和垂直浓度廓线的遥感探测技术。基于当前的激光外差辐射计,提出了一种新型的仪器结构。... 具有高灵敏度、高光谱分辨率的中红外激光外差光谱气体探测,是以窄线宽激光器作为本地振荡器,通过放大入射的微弱吸收信号,实现大气痕量气体柱浓度和垂直浓度廓线的遥感探测技术。基于当前的激光外差辐射计,提出了一种新型的仪器结构。引入直接吸收光谱系统实现外差系统工作波长的选定和频率标定。采用紧凑型红外黑体源EMIRS200作为宽带辐射光源,替代太阳光,进行激光外差系统的验证分析。为激光外差辐射计的下一步系统集成提供了新方法。研制了中红外宽调谐激光外差辐射计概念验证系统,对系统基本参数进行了测试分析。该系统采用8μm外腔量子级联激光器(EC-QCL)作为本地振荡光源,红外黑体源EMIRS200作为辐射光源。通过对该系统基本参数的测试数据分析,获得了系统信噪比(~120)和外差转换效率(~0.006)参数。利用艾伦方差分析确定了EC-QCL的稳定时间至少达到了133 s,因此非常适合于激光外差光谱的采集。得到直接吸收光谱系统的1σ最小体积分数探测限为2.312×10^(-8),能够满足大气甲烷高灵敏检测需求,同时实现外差系统工作波长的选定和频率标定。最后利用已建立的激光外差辐射计概念验证系统获取了甲烷中红外8μm处高分辨激光外差吸收光谱,并与甲烷在8μm波段附近的直接吸收光谱进行了光谱比对。最后拟合了系统光谱分辨率参数,验证了该概念验证系统的高光谱分辨率,能满足较窄线宽条件下的高分辨率激光外差光谱的测量。实验结果表明,激光外差系统中引入直接吸收光谱系统可以实现外差系统工作波长的选定和频率标定。紧凑型红外黑体源EMIRS200可以用于激光外差辐射计的结构优化,实现激光外差系统的分析验证,为进一步应用于测量实际大气中多组分气体的光谱提供了实验基础并拓展激光外差辐射计在高精度遥感探测领域的应用。 展开更多
关键词 大气遥感 外腔量子级联激光器 中红外 激光外差
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光谱检测技术在毒品侦缉中的应用
13
作者 魏春生 李奇峰 +1 位作者 马翔云 杨云鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3001-3007,共7页
世界毒品形势日益严峻。不断涌现的新型毒品和更加隐匿的运毒方式给毒品侦缉工作带来了新的挑战。传统的毒品检测方法存在样品预处理过程复杂、检测设备昂贵、难以搬运等问题,无法满足现场快速检测的需求。光谱检测技术凭借检测速度快... 世界毒品形势日益严峻。不断涌现的新型毒品和更加隐匿的运毒方式给毒品侦缉工作带来了新的挑战。传统的毒品检测方法存在样品预处理过程复杂、检测设备昂贵、难以搬运等问题,无法满足现场快速检测的需求。光谱检测技术凭借检测速度快、无需样品预处理、设备体积小等优势正逐步成为毒品侦缉过程中重要技术手段。结合近年来光谱检测技术的研究进展,根据毒品形态综述了几种光谱检测技术在毒品侦缉中的应用。针对海洛因、甲基苯丙胺等常见固态毒品,太赫兹光谱检测和能量色散X射线衍射技术凭借高穿透性、可视化等优势,可以实现对纸张、木头、橡胶等常见藏匿物品中毒品的表征,适用于公共安全检测中毒品的快速筛查;针对毒品溶液和吸毒者体液(尿液、唾液、血液等)中毒品成分的检测,综述了红外光谱检测和表面增强拉曼散射技术最新进展,表面增强拉曼散射由于具有高度特异性的分子指纹图谱和不受水溶液影响的优势,成为液态毒品识别与检测领域研究的热点,该方法有望用于液态毒品的便携式快速检测;针对笑气等气态物质的滥用,总结了多种基于光谱检测技术的痕量气体检测方法,综述了基于量子级联激光器的呼出笑气检测进展,该技术在气态毒品检测领域有着较好的应用前景。 展开更多
关键词 毒品侦缉 光谱检测技术 量子级联激光器
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基于BP神经网络模型的呼出气δ^(13)C、δ^(18)O同位素丰度测量方法研究 被引量:1
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作者 黄文彪 夏滑 +4 位作者 王前进 孙鹏帅 庞涛 吴边 张志荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2761-2767,共7页
碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优... 碳13(^(13)C)尿素呼气试验在国内外作为检测幽门螺旋杆菌的“金标准”已被广泛采用,精准测量CO_(2)中碳(C)和氧(O)同位素特征对疾病诊断具有重大意义。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)具有结构简单、响应速度快、灵敏度高等众多优点,在多个领域得到广泛应用,同时完全适用于气体同位素的测量研究。该研究面向人体呼出气体中的CO_(2)气体检测需求,基于直接吸收光谱技术,采用中心波长为4.32μm的量子级联激光器(QCL)结合光程为14 cm/44 mL的小容积气体吸收腔体,完成了同时测量^(16)O^(12)C^(16)O、^(18)O^(12)C^(16)O和^(16)O^(13)C^(16)O的多组分同位素气体浓度的实验系统。基于反向传播(BP)神经网络模型,降低直接吸收光谱系统中光源稳定性和测量样品气体波动带来的噪声干扰。结果表明:基于BP神经网络模型的同位素丰度测量精度与稳定性均优于吸光度峰值比法,^(16)O^(13)C^(16)O与^(18)O^(12)C^(16)O的浓度测量精度分别提高约1.27与1.58倍。Allan方差分析表明,当积分时间为106 s时,采用BP神经网络模型的^(13)C与^(18)O同位素丰度测量精度分别为0.97‰和1.47‰,相比吸光度峰值比法测量精度提高了约2.1倍与1.2倍。充分证明了基于BP神经网络模型的同位素丰度测量方法的可行性,为研制高精度同位素丰度传感器奠定基础。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS) 量子级联激光器(qcl) 反向传播(BP)神经网络模型 同位素丰度
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痕量N_(2)O气体检测中数字锁相放大器的设计 被引量:1
15
作者 杨云鹏 刘新楠 +4 位作者 贾俊杰 郜峰 夏华 李奇峰 马翔云 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第7期116-122,共7页
针对笑气(N_(2)O)等气态物质的滥用,基于量子级联激光器与波长调制技术相结合的检测方法,可以对吸食人员呼出笑气浓度进行检测,实现吸食人员的现场快速鉴定。针对检测过程中激光器光强抖动带来的测量误差,提出一种适用于痕量N_(2)O气体... 针对笑气(N_(2)O)等气态物质的滥用,基于量子级联激光器与波长调制技术相结合的检测方法,可以对吸食人员呼出笑气浓度进行检测,实现吸食人员的现场快速鉴定。针对检测过程中激光器光强抖动带来的测量误差,提出一种适用于痕量N_(2)O气体检测中数字锁相放大器的设计。该锁相放大器中集成了激光器光强调制模块,当碲镉汞探测器接收到吸收后的光强信号后,同时在FPGA中进行一次和二次谐波的解调,并对二次谐波进行归一化处理,避免光强抖动对测量的影响。使用该锁相放大器对检测系统的性能进行评估,通过质量流量控制器配置不同浓度N_(2)O气体,当激光器调制频率为5kHz,测得归一化二次谐波峰值平均值与N_(2)O气体浓度值之间的线性拟合度为0.992 1。使用Allan方差对检测系统的检出限进行评估,当系统的积分时间为0.1 s时,N_(2)O气体的检出限为17.7×10^(-9);积分时间为6.3 s时,N_(2)O气体的检出限达到最低为8.9×10^(-9)。该锁相放大器具有集成度高、检测速度快、信噪比高等优点,适用于痕量N_(2)O气体的现场快速检测。 展开更多
关键词 笑气 量子级联激光器 波长调制技术 FPGA
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基于4.3 THz量子级联激光器的微米级无损厚度测量
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作者 李弘义 谭智勇 +1 位作者 万文坚 曹俊诚 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期354-358,共5页
构建和描述了一种用于获取硅片厚度的零差检测系统。利用4.3-THz激光束的传输相变与机械旋转台控制的入射角之间的关系,可以使用标准残差法精确推导被测样品的厚度值。结果表明,样品的厚度拟合值与光学显微镜的精确测量结果仅相差2.5~3... 构建和描述了一种用于获取硅片厚度的零差检测系统。利用4.3-THz激光束的传输相变与机械旋转台控制的入射角之间的关系,可以使用标准残差法精确推导被测样品的厚度值。结果表明,样品的厚度拟合值与光学显微镜的精确测量结果仅相差2.5~3μm,实现了微米级精度的太赫兹无损厚度测量。实验验证了太赫兹量子级联激光器在非接触无损测量中的有效性。 展开更多
关键词 太赫兹 量子级联激光器 零差探测 无损检测 非接触测量
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MOCVD生长的中红外高功率量子级联激光器
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作者 杨鹏昌 李曼 +4 位作者 孙永强 程凤敏 翟慎强 刘峰奇 张锦川 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期794-799,共6页
量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长... 量子级联激光器(QCL)是中远红外波段的优质光源,具有体积小、重量轻、电光转化效率高等诸多优势,在传感、通信和国防等领域有重要的应用前景。金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术作为更高效的外延方式,应发展适用于QCL的MOCVD外延生长技术以满足快速增长的市场需求。本文报道了全结构由MOCVD技术外延的QCL,通过将传统的“双声子共振”有源区结构修订为“单声子共振结合连续态抽取”结构,减少了电子的热逃逸,改善了器件的温度特性。针对该结构,进一步改变了有源区的掺杂浓度,并对比了不同掺杂浓度对器件性能的影响。腔长8 mm、平均脊宽约6.7μm的较高掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达3.43 W,中心波长约4.6μm,电光转化效率达13.1%;8 mm腔长的较低掺杂有源区器件在20℃下连续输出功率达2.73 W,中心波长约4.5μm,阈值电流仅0.56 A,峰值电光转化效率达15.6%。器件的输出功率和电光转化效率较之前文献报道的MOCVD制备的QCL有明显提高。该结果表明,MOCVD完全具备生长高功率QCL的能力,这对推动QCL的技术进步具有重要意义。 展开更多
关键词 量子级联激光器 中红外 高功率 金属有机物化学气相沉积
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大功率脉冲量子级联激光器锥形波导光学与热学仿真设计
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作者 张程程 张东亮 +5 位作者 王锐 罗明馨 林青华 郑显通 祝连庆 王伟平 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期35-45,共11页
针对脊形波导结构的大功率脉冲量子级联激光器面临的光束质量差和热积累严重的问题,研究了一种新型锥形波导量子级联激光器结构设计方法。通过COMSOL软件仿真优化脉冲功率60 W,重复频率10 kHz输出的锥形量子级联激光器光学和热学特性,... 针对脊形波导结构的大功率脉冲量子级联激光器面临的光束质量差和热积累严重的问题,研究了一种新型锥形波导量子级联激光器结构设计方法。通过COMSOL软件仿真优化脉冲功率60 W,重复频率10 kHz输出的锥形量子级联激光器光学和热学特性,分析了不同几何参数对波导光场模式分布、传输特性和最大内部温度的影响以及不同热沉材料、热沉温度和脉冲宽度对核心层内部温度分布的影响。结果表明,在4.6μm的波长下,直波导宽度为5μm,在锥度角为1.9°,直波导/锥形波导长度比为1∶3,可以保证直波导产生TM基模输出,整个端口的透射率、反射率、损耗、光限制因子达到最好效果。在同脊宽条件下,对于3 mm腔长,该锥形波导结构激光器核心区的面积对比条形的脊波导结构大10倍左右,更有利于大功率输出。此外,基于该结构进行了不同脉冲模式下的热学仿真分析,为器件工作模式和封装方式的选择提供有益参考。文中研究相关结论可为后续工艺设计和实验验证提供数据支持。 展开更多
关键词 量子级联激光器 脉冲 锥形波导 COMSOL光学仿真 热学仿真
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中红外量子级联激光器1×16锁相阵列设计
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作者 王锐 张东亮 +4 位作者 张程程 林青华 罗明馨 郑显通 祝连庆 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期46-56,共11页
针对中红外波段单管量子级联激光器存在输出功率有限的问题,提出相干阵列通过光放大后合束提升激光器功率的方法,研究波长为4.6μm的1×16量子级联激光器锁相阵列的结构设计与优化。通过设计低传输损耗、高光限制因子的单模波导确... 针对中红外波段单管量子级联激光器存在输出功率有限的问题,提出相干阵列通过光放大后合束提升激光器功率的方法,研究波长为4.6μm的1×16量子级联激光器锁相阵列的结构设计与优化。通过设计低传输损耗、高光限制因子的单模波导确定器件各层材料外延厚度;通过设计由100%反射率和50%反射率的布拉格反射镜组成的种子激光器实现4.6μm单波长激光输出;通过设计由1×2多模干涉耦合器(MMI)和弯曲波导组成的1×16分束器实现低损耗均匀分束并锁相;通过设计输出端口的Al_(2)O_(3)增透膜厚度并利用电注入放大的方式实现激光器阵列的大功率输出。最终确定波导上GaInAs层厚度为0.25μm,下GaInAs层厚度为0.1μm,上包层InP厚度为3μm,下包层InP厚度为1μm。当单模波导宽度为5μm时,波导损耗为0.055 dB·cm^(-1),光限制因子为0.733。100%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为728 nm,占空比为0.5,周期数为1000;50%反射镜刻蚀深度为0.2μm,周期为727 nm,占空比为0.1,周期数为690;当阵列间距为35μm时,分束器尺寸为3080μm×605μm,损耗为0.254 dB,其中MMI尺寸为19μm×126μm;出射端口采用0.7μm的Al_(2)O_(3)增透膜,透射率达到0.975。最后比较了不同放大器阵列间距的温度与远场分布,相关研究结论可为量子级联激光器锁相阵列的研制提供设计参考。 展开更多
关键词 量子级联激光器 锁相阵列 分束 布拉格反射镜 多模干涉耦合器
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用于DIRCM系统的激光源研究进展
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作者 赵志刚 赵镇 +2 位作者 王德飞 刘虎 陈庆良 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1651-1658,共8页
红外精确制导技术的快速发展,使得传统红外诱饵、红外全向干扰等防护措施的对抗效能迅速下降。定向红外对抗系统只在实施干扰时辐射激光,光束窄、能量集中、无需加热,且隐蔽性和时效性强,是当前应对红外精确制导弹药的主流平台。激光源... 红外精确制导技术的快速发展,使得传统红外诱饵、红外全向干扰等防护措施的对抗效能迅速下降。定向红外对抗系统只在实施干扰时辐射激光,光束窄、能量集中、无需加热,且隐蔽性和时效性强,是当前应对红外精确制导弹药的主流平台。激光源作为定向红外对抗系统的核心组件,对干扰效能的发挥意义重大,一直备受关注。介绍了可用于定向红外对抗系统的量子级联激光器等六类激光源的研究进展,并结合激光源的集成性、稳定性和适配性对定向红外对抗系统的未来趋势进行了展望。 展开更多
关键词 激光源 定向红外对抗 量子级联
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