日本滨松联合AIST推出基于超小型QCL的气体分析仪

8/27/2021，光纤在线讯，日本滨松光子Hamamastu和先进工业科技国家研究院AIST 本月25日在日本东京联合宣布研发出一种用于监测火山爆发的高灵敏度全光可持气体传感系统。除了可以提供对火山口附近火山气体的长时间稳定监控外，该产品还可以用于化学工厂里毒气泄漏监控以及大气环境监控。

该系统内置了一只滨松开发的小型化的波长扫描量子级联激光器QCL。相比此前的产品，这款新的QCL激光器尺寸只有150分之一，可以说是世界最小的QCL。AIST负责为该产品开发了驱动系统，保证该QCL可以安装在一台手持式分析仪上。

        滨松超小型QCL激光器
波长扫描QCL的实现关键是内置的MEMS衍射光栅，用来实现对激光的散射、反射，选择等。基于滨松原有的MEMS技术，开发者完全重新设计了QCL的MEMS衍射光栅，将尺寸缩小到传统产品的十分之一。研究团队还利用一个小型磁铁来提高安装精度（0.1微米级），减小尺寸，最后成品的尺寸是13×30×13 mm(W×D×H)，波长扫描范围7到8微米，可以很好适合二氧化硫和硫化氢等火山气体的监测。

为实现可调波长，研究者采用了基于量子效应的器件设计技术，在QCL的光发射层采用了所谓的anti-crossed dual upper-state设计。

配合AIST开发的驱动系统，该波长扫描QCL可以实现20ms内的中红外光谱波长扫描输出。这种快速光谱输出有助于对瞬态现象的分析，其光谱精度可以达到15nm, 最大输出功率150mw。

当前，绝大多数研究火山气体的分析仪采用的电化学传感器，其中的电极决定了分析仪的性能，但是因为长时间暴露在有毒气体中，很容易性能下降。相比之下，全光的气体分析仪更长寿，也不太需要维护，只是所需的光源通常体积较大，不便于安装到火山口。基于滨松新的小型化QCL激光器的新型气体分析仪完美解决了这些问题。

预计最终产品将在2022年正式发售。
原文链接：https://www.photonics.com/Articles/Worlds_Smallest_Wavelength-Swept_QCL_Ensures/a67290