中國科學院半導體研究所半導體材料科學重點實驗室、低維半導體材料與器件北京市重點實驗室，在科技部、國家自然科學基金委及中科院等項目的支持下，經過努力探索，制備成功太赫茲量子級聯激光器和紅外量子級聯激光器（QCL）系列產品系列產品。

太赫茲（THz）量子級聯激光器是一種通過在半導體異質結構材料的導帶中形成電子的受激光學躍遷而產生相干極化THz輻射的新型太赫茲光源。半導體材料科學重點實驗室經過多年的基礎研究和技術開發，目前推出系列太赫茲量子級聯激光器產品。頻率覆蓋2.9~3.3 THz，工作溫度10~90 K，功率5~120mW。

太赫茲波介于中紅外和微波之間，是一種安全的具有非離化特征的電磁波。它能夠穿透大多數非導電材料同時又是許多分子光學吸收的特征指紋光譜范圍。它的光子能量低（1 THz對應的能量大約4meV），穿透生物組織時不會產生有害的光電離和破壞，在應用到對生物組織的活體檢驗時，比X光更具優勢。它的波長比微波短，能夠被用于更高分辨率成像。THz波在分子指紋探測、診斷成像、安全反恐、寬帶通訊、天文研究等方面具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。

太赫茲量子級聯激光器系列產品

半導體所研制的紅外量子級聯激光器QCL的波長覆蓋中遠紅外波段4.4--8.6微米，室溫連續輸出功率10-900mW。其優勢特點是體積小、可集成、大功率，具有廣泛的應用前景。體現在如下幾個方面：絕大多數分子的振動和轉動能量對應于中遠紅外波段的光子能量，因此大部分物質在中遠紅外均有指紋性的吸收峰，可用QCL對特定的成份和含量進行標定、實現靈敏檢測。因此QCL可用于溫室氣體檢測、污染監控、醫學診斷、毒品及生化危險制品檢測、石油/天然氣儲備罐微量泄漏的遠程實時監測等方面。

溫室效應、灰霾天氣引發的環境與氣候問題已經成為全球關注的熱點。特別是近年來北京的灰霾天氣、嚴重影響北京市民的生活健康。如要更好地了解北京市污染排放的成因、特點及其隨時間變化的規律，為國家、北京市政府決策提供一些參考數據，這就需要先進的溫室氣體、PM2.5等監測技術與設備。例如，溫室氣體的主要構成N2O、CO2、CH4的“指紋”特征吸收分別在4.3x、4.5x、7.5x微米，用對應波長的QCL可以進行高靈敏檢測；灰霾的主要成分在中遠紅外波段也有指紋性吸收峰，用QCL可以實時、遠程監測。

無損醫學診斷，人類的呼氣過程含有400種以上的“生化軌跡”，通過監測某種特定氣體的含量可以檢查身體的健康狀況；例如用QCL測量呼出氣體中NO濃度來診斷哮喘病，用QCL測量呼出氣體中乙醛（吸收峰在5.7微米附近）的含量可以預測肺癌和肝病。

半導體所研制的室溫大功率QCL已經達到工程化應用的門檻，急需相關部門進行推廣應用，將元器件集成為系統應用技術。

紅外量子級聯激光器系列產品