高精度氣體傳感領(lǐng)域 – TDLAS

生化戰(zhàn)劑探測(cè)

激光光譜學(xué)- R&D

遠(yuǎn)程探測(cè)- LIDAR

產(chǎn)品測(cè)試–激光器和探測(cè)器

空-空，空-地搜索與跟蹤，射程發(fā)現(xiàn)–軍事太空

光電對(duì)抗

大氣污染監(jiān)測(cè)

量子級(jí)聯(lián)激光器在激光光譜學(xué)- R&D，生化戰(zhàn)劑探測(cè)，遠(yuǎn)程探測(cè)- LIDAR ，產(chǎn)品測(cè)試–激光器和探測(cè)器 ，光電跟蹤與搜索，光電對(duì)抗等方面的應(yīng)用也隨著量子級(jí)聯(lián)激光器技術(shù)的日趨成熟越來越受到歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，并投入大量的人力物力進(jìn)行中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器的應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)。

在民用方面以量子級(jí)聯(lián)激光器在氣體傳感方面的高端應(yīng)用火山探測(cè)為例對(duì)其應(yīng)用做一個(gè)比較詳細(xì)的說明。

早期探測(cè)火山動(dòng)靜還有一種更令人看好的方法，那就是觀察二氧化碳中碳同位素比例的變化。大氣中碳12 對(duì)碳13 的比例大致是90 比1，但在火山氣體中這一比例可能顯著不同。此比例即使只改變0.lppm(百萬分之一)，也可能意味著在火山下積聚或沿著火山上升的熔巖所釋放出的二氧化碳涌入了大氣。激光器有助于探測(cè)這一變化，因?yàn)樘?2 和碳13 所吸收的中紅外光其波長(zhǎng)略有差異。用于此目的的激光器必須具有在中紅外波段上連續(xù)調(diào)諧的性能。先前研究人員使用的是鉛鹽激光器，此種激光器需要液氮冷卻，因而難以在現(xiàn)場(chǎng)使用。此外，鉛鹽激光器屬低功率型器件，其功率不過百萬分之幾瓦，而且所發(fā)出的頻率往往不穩(wěn)定。其他碳同位素掃描方法也與此相仿，都只限于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用。

美國(guó)和英國(guó)的其他一些科學(xué)家與意大利政府合作，設(shè)計(jì)出一種以量子級(jí)聯(lián)激光器為核心的火山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這樣一種半導(dǎo)體激光器可以在很寬的頻率上發(fā)出高功率的激光，而且結(jié)構(gòu)堅(jiān)牢，也不需要液氮冷卻，因此小得可以放進(jìn)皮鞋盒子里。

上述研究人員對(duì)尼加拉瓜若干火山口噴出的氣體首次試用他們的激光器進(jìn)行了測(cè)量。新的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)將選擇一些條件惡劣的火山現(xiàn)場(chǎng)來檢查該系統(tǒng)的性能和精度。美國(guó)科羅拉多州博爾德國(guó)家大氣研究中心的研究工程師Dirk Richter 說，設(shè)計(jì)一套“在堪稱地球上最惡劣、最考驗(yàn)人的環(huán)境中運(yùn)行”的系統(tǒng)可謂困難重重�！�

如果這種儀器果然奏效，有關(guān)方面將打算在火山口周圍設(shè)置激光預(yù)警系統(tǒng)，每臺(tái)裝置將實(shí)時(shí)發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)。虛警事件應(yīng)當(dāng)不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)槿蹘r中的碳同位素比例與地殼中的碳同位素比例有顯著差異。此外，激光器探測(cè)到的變動(dòng)是在數(shù)周乃至數(shù)月的期間內(nèi)發(fā)生的，這樣就有時(shí)間比較其它儀器所獲得的數(shù)據(jù)，并從容地通知居民疏散。英國(guó)牛津郡盧瑟福-艾普爾頓實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家、Tittel 小組的成員Damien Weidmann 說，“我們這個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)是避免一場(chǎng)維蘇威火山爆發(fā)式的浩劫�！毕到y(tǒng)樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試定于2005 年春在羅馬東南有火山活動(dòng)的阿爾班丘陵地區(qū)進(jìn)行，同時(shí)，在美國(guó)新墨西哥州洛斯阿拉莫斯附近的火山地區(qū)也進(jìn)行同樣的測(cè)試。

在軍用方面以量子級(jí)聯(lián)激光器在爆炸物和生物戰(zhàn)劑的檢測(cè)為例做一個(gè)比較詳細(xì)的說明。

倫敦恐怖爆炸案后，如何有效探測(cè)爆炸物和化學(xué)戰(zhàn)劑的問題再次凸現(xiàn)。美國(guó)西北大學(xué)量子器件中心主任拉澤格領(lǐng)導(dǎo)的小組首次使用能夠在常溫下高功率運(yùn)行，發(fā)射出波長(zhǎng)9.5 微米、功率大于100 毫瓦的量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)進(jìn)行爆炸物和化學(xué)戰(zhàn)劑探測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，堪稱一個(gè)重大技術(shù)突破。這種小型激光器實(shí)用化后，可對(duì)爆炸物和化學(xué)戰(zhàn)劑快速進(jìn)行早期探測(cè)，以對(duì)可能的恐怖威脅實(shí)施預(yù)警。小組成員墨非教授說：“成功的關(guān)鍵在于激光源，探測(cè)技術(shù)需要的中遠(yuǎn)紅外二極管激光器要求在室溫下工作，功率要超過100 毫瓦，體積小便于人員攜帶�！� 由于不同化學(xué)物質(zhì)吸收特定頻率的光，因此它們都具有自己唯一的“指紋”�；瘜W(xué)戰(zhàn)劑的“指紋”都在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)，因此，各國(guó)科學(xué)家在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)都面臨的共同問題是如何得到一種能夠在遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作的便攜式激光器。此項(xiàng)研究是由美國(guó)國(guó)防部國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署資助的，目的是開發(fā)便攜式中遠(yuǎn)紅外激光器系統(tǒng)，對(duì)恐怖威脅進(jìn)行預(yù)警。一經(jīng)投入使用，可有效探測(cè)爆炸物和化學(xué)戰(zhàn)劑，能夠?qū)⑺鼈兣c空氣中存在的非敵意化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行區(qū)別。

2009年，美國(guó)Pranalytica公司贏得了美國(guó)DARPA一份小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）計(jì)劃，參與了美國(guó)陸軍航空和導(dǎo)彈司令部（AMCOM）開發(fā)的高能量子級(jí)聯(lián)激光器（Quantum Cascade Laser，QCL）陣列光束耦合Phase I的計(jì)劃。該計(jì)劃是為了滿足美國(guó)國(guó)防部在定向紅外干擾（directional infrared countermeasures，DIRCM）、先進(jìn)防區(qū)外化學(xué)傳感器和激光雷達(dá)（Laser Radar，LADAR）領(lǐng)域的需求而創(chuàng)立的。據(jù)一名廠家代表透露，其潛在的非軍事應(yīng)用包括：國(guó)內(nèi)航線對(duì)肩射導(dǎo)彈的DIRCM防御、有毒工業(yè)廢氣探測(cè)和大氣污染監(jiān)測(cè)。據(jù)Pranalytica公司總裁介紹：“我們的目標(biāo)是保護(hù)飛機(jī)免遭肩射導(dǎo)彈襲擊、探測(cè)戰(zhàn)場(chǎng)有害元素、以及創(chuàng)造戰(zhàn)區(qū)虛擬圖像，而高能量子級(jí)聯(lián)激光器陣列的光束耦合向這些目標(biāo)邁進(jìn)了一步。上述應(yīng)用能夠?yàn)槭勘�制造出一片絕對(duì)安全的戰(zhàn)場(chǎng)空間�！�

Pranalytica公司已經(jīng)推出多系列包括脈沖，連續(xù)，多波長(zhǎng)，波長(zhǎng)可調(diào)，寬光譜，波長(zhǎng)鎖定量子級(jí)聯(lián)激光器，波長(zhǎng)覆蓋范圍從3.8微米到12微米，室溫下功率高達(dá)4W，是目前商用市場(chǎng)上功率最高的中紅外激光器。目前Pranalytica公司已攜手上海昊量光電設(shè)備有限公司（021-51083793/info@auniontech.com）在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推廣其產(chǎn)品。

由于中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，必將隨著其技術(shù)的不斷進(jìn)步而在軍用和民用方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。