基于四能級的量子級聯(lián)激光器等效電路模型及其應用.pdf

1、隨著科技的發(fā)展,人們越來越需要快速、高精度的氣體檢測系統(tǒng)。使用傳統(tǒng)的氣體檢測方法,精度不高,易受其它氣體的干擾,因而不能滿足需要。氣體對中紅外光有很強的吸收,可以利用它來作氣體的檢測,這種方法具有快速、精度高、抗干擾能力強、方便等優(yōu)點。而中紅外光源的缺乏制約著這種技術(shù)的開發(fā)和普及應用。
　　在這樣的背景下,本文對氣體檢測系統(tǒng)的相關(guān)問題進行了研究。一是研究了光源的問題。量子級聯(lián)激光器可以在室溫下發(fā)出中紅外的激光,使用它能夠很好地解決

2、氣體檢測系統(tǒng)的光源問題。二是氣體檢測系統(tǒng)的信號非常微弱的問題,需要將信號放大,系統(tǒng)才能得到較高的靈敏度和精度。
　　本文采用基于速率方程的方法,通過分析量子級聯(lián)激光器的能級結(jié)構(gòu)和工作原理,得到了量子級聯(lián)激光器的速率方程,在此基礎上建立起了四能級量子級聯(lián)激光器的等效電路模型。使用PSpice軟件,對建立起的電路模型進行了直流、瞬態(tài)和交流仿真。得到了量子級聯(lián)激光器的輸出光功率與電流的關(guān)系、閾值電流、開啟關(guān)斷時間和3dB帶寬。量子級聯(lián)激

3、光器的等效電路模型建立,有助于量子級聯(lián)激光器驅(qū)動電源的設計和光電集成,這樣在使用過程中可以更好地發(fā)揮出它優(yōu)異的性能,滿足氣體檢測的需要。
　　為了提高檢測系統(tǒng)的靈敏度,設計了光聲氣體檢測系統(tǒng)。通過讓調(diào)制光源的頻率跟光聲檢測腔的本征頻率一致,使檢測腔發(fā)生共振,從而將光聲信號放大。采用有限元的方法計算了圓柱型腔的本征頻率,該結(jié)果與理論上計算的結(jié)果相一致。提出了一種T型腔,該檢測腔體能更好地抑制噪聲的干擾,并使用COMSOL軟件了計算了