5-13um可调谐脉冲量子级联红外激光器
5-13um红外可调谐脉冲量子级联激光器适合需要高灵敏度、高选择性和非接触式检测的场合。
用于生命科学、工业和安全/安保应用。我们提供广泛可调谐的量子级联激光模块和系统，以及基于激光的化学检测系统，可识别300米外的化学战剂，有毒工业化学品，爆炸物残留物和其他化学威胁，实现远距离快速检测。
特别适合用于光声光谱(PAS)、光腔衰荡光谱(CRDS)、原子力显微镜(AFM)等光谱仪器、中红外显微镜，以及一系列色散和非色散仪器中。
LT-M mQCL
中红外可调谐脉冲量子级联激光器产品特点
EC-QCL（可调谐中红外脉冲外腔量子级联激光器）作为“预色散光谱光源”，使激光在与目标物质相互作用之前被分成不同的波长(即每个激光脉冲对应于不同的波长)。具有窄带宽、调谐范围宽、线性偏振、光束细、准直输出、体积小、重量轻、光电转化效率高的优点，高速脉冲使其不易受杂散光干扰，适用于对峙化学检测。我们的EC-QCL有更好的热稳定性和时间稳定性，以及非常小的电子器件，具有独特的脉冲设计能力。是用于气体，液体和表面检测的光谱分析仪的基础。可实现高分辨率的光谱测量，特别是对于光谱特征彼此过于接近的气体或物质。
QCL光谱的优势：光谱精度高、高功率（与低功率的白炽灯光源，在宽光谱上收集大量数据相比），以及由此产生的高速度。如：呼吸分析（检测传染病(covid和结核病)、癌症和大麻烟雾中的四氢大麻酚。）。
QCL可以调谐到特定的波长范围，无论它们是宽还是窄。通过缩小焦点，数据采集可以在几秒钟内完成，而不是几小时，分析可以非常迅速地完成。如：识别蛋白质、葡萄糖或其他生物标志物。
QCL的高功率比FTIR更好地穿透含水液体，并反射组织。如：分析活检样本或使用微流体细胞分析单个细胞。
与其他类型的光谱仪相比，QCL的高光谱亮度和光谱分辨率也提高了信噪比。如：特定的光谱特征可能更容易用基于激光的仪器识别。痕量的生物标记物可能更容易在样品中检测到，从而改善疾病检测等应用。
与拉曼光谱光源相比的优势：QCL可以用于可燃设备或可能涉及人员的现场应用，功率极低(毫瓦级)，并且在安全功率水平下产生出色的信号强度。如：检测许多物质的不可见痕量，速度极好，允许实时监测反应。且没有荧光干扰，使光谱信号模糊不清。
与气相或液相色谱(GC/LC)或质谱设备相比，无接触或免采样方法可以显著节省成本。可以就地使用，无需采样，只需移除容器的盖子并扫描样品表面。
QCL中红外光谱仪通常都是便携式的，易于操作。不需要笨重的外部冷却系统使光谱仪能够减小尺寸和设计复杂性，从而节省成本并提高易用性。不需要取样消耗品或重大维护。
EC-QCL原理
量子级联激光器(QCL)采用一种特殊生长的半导体芯片作为激光器的增益介质。半导体芯片的能量来源是通过外部电源提供的。
通过将QCL芯片集成到外部腔(EC)中，可以实现更精细的波长控制，该外部腔(EC)使用至少一个QCL芯片的反射表面作为光学腔的一部分。这允许将衍射光栅合并到光学腔中以关闭其波长选择调谐范围。
如下图，透镜用于准直QCL芯片发出的光。QCL芯片的左侧是部分反射的。这使得它可以作为激光束的输出，以及激光腔的一端。激光腔是一个衍射光栅。衍射光栅的方向可以调整，以调整激光输出的波长。
中红外可调谐脉冲量子级联激光器产品参数
可选5–6um, 6.1–7.3um, 7.4–10.4um, 9.9–13um等波段中多个tuner合束集成。
型号 | LT-M(即插即用版) 或 mQCL（OEM版） |
光谱线宽 | <2 cm-1 |
光谱精度/重复性 | <2 cm-1 / <±0.5 cm-1 |
峰值功率 | 10 – 350 mW，与波长范围和耦合光学器件有关, 30-150ns脉宽 |
平均功率 | 高达25 mW，与波长范围和耦合光学器件有关 |
功率稳定性 | < 5% pulse-to-pulse < ±0.05% over 10 msec @ 1MHz |
光斑质量 | TEM00 |
光斑直径 | 2 x 4mm，准直输出 |
光束发散角 | < 5 mrad |
指向稳定性 | < ±1 mrad可定制 |
偏振比 | 垂直，100:1 |
控制界面 | 基础发射模式Windows轨迹生成GUI 串行控制C# SDK 线路接口Linux command |
通信接口 | USB-mini或网线 |
模拟触发控制（SMA） | 内部触发–软件控制开始扫描 外部触发 – 2.5-3 Vin 初始轨迹操作 同步输出 – 脉冲追踪和波数配套输出 |
脉宽 | 30 – 150 ns，内部或外部触发10ns分辨率 |
重频 | 1-4 MHz |
蕞大占空比 | 8% |
控制电路 | 功率调节，编程接口，串行控制，散热管理，触发器输入/输出和安全联锁 |
机械尺寸 | 204 x 235 x 243 mm (D x W x H) 被动冷却 |
重量 | 2.3-5.5 kg |
蕞小回程时间的4QCL扫描 轨迹模式
中红外可调谐脉冲量子级联激光器应用
中红外波段（3.5~16.0 μm）外腔量子级联激光器（EC-QCL）宽调谐的工作特性使其可广泛应用于气体分子传感、差频太赫兹产生、自由空间光通信等。
精确瞄准7到12微米的波长范围，这是一个很容易检测到有毒和有害化学物质（化学战剂(如水杨酸甲酯)、爆炸物或细菌(如苏云金芽孢杆菌、大肠杆菌或表皮葡萄球菌)一种检测算法(基于反射光谱的主成分分析)能够清楚地区分木材、钢铁和行李基材上的所有三种细菌）的红外光谱区域。为了保护大面积-机场，交通枢纽，音乐会场地，公司或研究校园-量子级联激光光谱仪可以提供出色的24/7化学威胁监测。
应用举例：
1. 爆炸物和化学战剂的远程检测：化学战剂、非传统战剂、有毒工业化学品的对峙检测、生物病原体包括生物战剂的检测、fentanyl芬太尼和其他opiate阿片类药物的检测、对包裹上的鸦片和炸药进行痕量检测。进行远程检测对化学战剂（CWAs）和有毒工业化学品（TICs）的以及它们的模拟物。这些系统能够在安全距离外检测到微量的化学威胁，军事和安全应用。
2. 工业过程监控：监测工业过程中的气体浓度，如石化过程监控沼气、氨、甲醛、石化气体检测、食品/乳制品过程监控、环境气体传感应用，例如:挥发性有机化合物、碳氢化合物(甲烷、丙烷、丁烷)、监测水和废水中的硝酸盐，磷酸盐，病原体，碳氢化合物，阿片类药物、空气和水中全氟和多氟烷基物质(PFAS)的检测、工业和化学过程中的气体泄漏、半导体质量控制，气体泄漏检测、椭圆光度法、增材制造工艺和质量控制、植物病害分析、食品污染与质量控制、生物反应器过程监测。
3. 环境监测和分析：环境监测，碳氢化合物分子、检测水和废水中的毒品和爆炸物，在矿山和加工厂检测硅酸盐、工人安全在采矿和化学加工中。
4. 医疗诊断和生物分析：医疗领域，生物分子的高光谱成像。基于激光的系统的极快的响应速率允许几乎实时的结果。生化液分析：无创血糖分析监测糖尿病、尿液化学分析、生物反应器过程监测、通过微流体技术进行细胞鉴定、血液化学分析、母乳分析。细胞、蛋白质和组织分析：通过活组织检查的二维红外分析来检测癌症，皮肤癌的表面检测，或手术期间癌症边缘的即时检测，蛋白质和其他大分子的结构分析、组织分析与原子力显微镜相结合、纤维结缔组织分析、角膜的映射、人工器官分析。
5. 材料分析和表面检测： 材料表面化学残留物的检测，包括在各种表面上检测微量化学污染物，以及使用MEMS技术制造的微型高分辨率FTIR光谱仪进行材料的红外吸收光谱分析。
6. 安全和防御：安全和防御，如用于爆炸物和化学威胁的检测，以及在机场等关键设施中作为“化学绊线”的监控系统。在运输设施入境点探测爆炸性材料、前体和鸦片制剂。在安全检查站、边境口岸和软目标入境处，发现人载、车载和遗留的简易爆炸装置。
7. 光谱学和成像技术：检测表面上的微量爆炸物残留物，如PETN。高光谱成像、开发便携式和手持式光谱仪器。组织分析结合原子力显微镜和光热成像、燃烧、电化学动力学、光化学、新型材料（如石墨烯）、光腔衰荡光谱分析气体、各种表面的高光谱成像、蛋白质动力学分析。
8. 多组分气溶胶和气体分析：呼气分析，通过呼吸分析、癌症检测、葡萄糖和其他血液化学监测以及蛋白质结构分析进行传染病快速检测、检测各种传染病(细菌和病毒)、医院空气质量与麻醉监测。
9. 表面化学分析： 表面化学分析，如检测表面微量化学残留物，包括在各种表面上的爆炸物残留物。
10. 高速大面积表面扫描： 波长可调QCL进行高速大面积表面扫描的技术，用于检测各种自然和人造表面上的微量化学成分。
11.燃烧动力学研究：使用脉冲量子级联激光器（ECQCL）的高带宽吸收传感技术，用于测量反射冲击波后的瞬态物种浓度，特别是异丁烯（iC4H8）。
安全监控 科研光源 生命科学检测 工业和环境
点传感器 开路气体检测
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上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
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使用波长可调量子级联激光器对痕量化学物质表面进行高速和大面积扫描
基于外部腔量子级联激光器（ECQCLs）的远距离高速、大面积表面扫描系统，用于检测微量化学物质。具有潜在的军事和安全应用价值。 系统开发：开发了一种远程化学检测系统，能够检测和识别自然和人造表面上的微量化学物质。 技术基础：系统基于主动中红外（MIR）高光谱成像技术，使用可调谐的ECQCLs照明目标表面，并通过HgCdTe相机捕捉反射光图像。 激光器特性：小型化、可快速调谐波长激光器，能够在7.7到10.3微米（1300到970 cm^-1）和9.8到11.8微米（1020到850 cm^-1）的范围内调谐，提供了平均功率分别为26毫瓦和7毫瓦的激光输出。 高速成像：系统能在0.1秒内捕获128x128像素和超过130个波长的超立方体，或者在14毫秒内捕获16x96像素和138帧的超立方体，代表了目前最快的主动MIR超立方体获取速度。 光栅扫描：通过集成的两轴振镜扫描系统，系统能够对大面积区域进行光栅扫描，提高检测效率。 实验结果：展示了在5米距离上对户外表面上的固体化学物质（如咖啡因）进行检测的实验结果，证明了测量光谱与纯化学物质的参考光谱有很好的相关性。 高速数据采集：通过一个示例，展示了系统在14毫秒内获取包含不同化学物质的样本的超立方体的能力。 结论：系统能够准确快速地捕获超立方体，实现了在5米距离上对各种户外表面上的固体痕迹的检测和识别，并且展示了超高速的数据采集能力。通过激光波长的调节，相机同步捕获反射光的图像，生成代表目标表面反射率的超立方体，然后与参考光谱库进行比较分析，以生成检测图，识别和空间映射目标表面上的任何化学污染。
利用光量热红外光谱和微差热分析对吸附炸药分子的灵敏和选择性检测
一种基于微机电系统（MEMS）的多模态爆炸物传感器的开发。该传感器利用光热红外（IR）光谱学和微差示热分析技术，能够检测、区分和定量极微量的爆炸物分子，如环三亚甲基三硝胺（RDX）和季戊四醇四硝酸酯（PETN）及其混合物。 背景介绍：检测微量爆炸物对于分析化学领域非常重要，与国家安全和反恐活动直接相关。过去二十年中，研究者探索了多种分析方法，包括离子检测、振动光谱学方法、紫外/可见光传感方法、免疫化学方法和电化学方法。 技术介绍： 光热红外光谱学：使用微加热器/温度计装置和可调谐的量子级联激光器，通过非辐射衰变过程产生的热响应来检测吸附的爆炸物分子。 微差示热分析：通过加热分子并测量其反应，区分吸附分子的放热或吸热反应。 设备设计与制造：使用硅晶片和硅氮化物涂层，以及金和铬层来制造微加热器和微温度计，并设计了蛇形金迹线。 实验设置：详细描述了光热红外光谱学的实验装置，包括量子级联激光器的使用、IR辐射的调制和扫描。激光器产生脉冲红外辐射，频率为300 kHz，占空比为5%。利用函数发生器对激光强度进行电调制，调制频率为5 Hz。通过偏轴抛物面镜将调制后的红外辐射导向实验设备。扫描红外波长，范围从7.0微米到9.0微米。激光器在实验中的作用是为光热红外光谱学提供可调节的红外光源，以实现对吸附在微加热器/温度计装置上的极微量爆炸物分子的分子特征的检测。通过监测微温度计信号随红外波长的变化，可以获取与吸附分子的传统红外吸收光谱相对应的光谱，从而实现对爆炸物分子的检测和定量分析。 结论：成功设计并测试了集成有微加热器/温度计的MEMS微梁设备，这些设备能够提供电信号以获取光热红外光谱和微差示热响应。通过三种正交传感信号（质量、光热红外光谱和微差示热分析）成功实现了对爆炸物分子的检测、区分和定量。使用近11.3 μm的脉冲量子级联激光诊断激波管动力学的高温异丁烯吸收
用脉冲外部腔量子级联激光器（ECQCL）来测量异丁烯（iC4H8）在高温下的浓度。 具体的使用步骤和方法： 波长选择：首先通过在1000 K的高温下进行光谱调查，确定了异丁烯在878 cm−1到892 cm−1波数范围内的吸收峰，这是使用ECQCL进行测量的初始步骤。 吸收截面测量：在选定的波长（881.4 cm−1）上，使用ECQCL进行了从800 K到1800 K的一系列高温吸收截面测量。这些测量是在反射冲击波后的条件下进行的，以表征在适度压力（4-8 atm）下的温度依赖性。 时间分辨测量：利用ECQCL进行了异丁烯在热分解过程中的时间分辨测量，测量频率为100 kHz，覆盖了1280 K至1480 K的温度范围。 异辛烷热解测量：ECQCL还被用于测量异辛烷热解过程中异丁烯的形成，这是通过在1250 K下进行的模拟实验来完成的。 实验设置：在冲击管设施中，将异丁烯和氩气的混合物加热，使用ECQCL测量反射冲击波后的异丁烯吸收。测量入射光（I0）和透射光（It）的量，并根据比尔-朗伯定律（Beer-Lambert Law）计算吸收。 数据处理：测量到的光强与热力学性质相关联，通过吸收截面、吸收物种的数密度等参数来计算光谱吸收度。 结论：使用ECQCL的新型吸收诊断技术成功地测量了高温冲击管动力学研究中的异丁烯浓度。宽带量子级联激光光谱多组分气体分析
一种基于宽带量子级联激光器（QCL）的光谱系统，用于分析复杂气体混合物中的多种组分。量子级联激光器适合在气体分析领域快速检测和识别复杂气体混合物中应用。 系统介绍：该系统覆盖了850至1250 cm−1的光谱区域，能够在无需任何预处理的情况下，在两分钟内检测和识别复杂气体混合物中的多种分子。 激光源：使用两个可调谐的QCL，分别覆盖不同的光谱区域，使用衍射光栅进行波数调谐。 多通道腔体：采用Herriot配置的多通道腔体，通过两个高反射率的像散镜增强光与气体的相互作用长度，确保整个光谱区域内恒定的相互作用长度。激光源构成：文中使用的激光源包括两个共轴的可调谐量子级联激光器（QCLs）。光谱覆盖范围：一个QCL覆盖850 cm−1至1010 cm−1的光谱区域，而另一个QCL覆盖1010 cm−1至1250 cm−1的区域。波数调谐机制：QCLs使用衍射光栅在Littrow配置下进行调谐，通过改变光栅的角度来改变发射的波数，这个角度的调整是通过压电元件控制的。波数准确性：QCLs的波数准确性达到0.1 cm−1。脉冲操作：QCLs以脉冲模式运行，脉冲重复率为200 kHz，脉冲宽度为208 ns，这有助于在室温下稳定运行。功率范围：QCLs的平均功率根据发射的波数在0.5到12 mW之间变化。多通道腔体：QCLs与一个基于Herriot配置修改版的多通道腔体结合使用，该腔体利用两个2.5英寸的像散镜增加光与气体相互作用的长度。 探测器和信号处理：使用两个热电制冷的汞镉碲（MCT）探测器来监测激光强度并测量吸收信号，以及一个快速采集卡来提高信号的信噪比。 实验设置：包括压力控制器、真空泵和质量流量控制器，用于控制腔体内的压力和气体样本的注入。 性能测试：通过测量不同浓度的气体样本（如丙酮、乙醇、二氧化碳和水蒸气）来验证系统的灵敏度和准确性。 数据分析：利用Beer-Lambert定律从测量的吸光度计算气体的浓度，并与分子数据库如HITRAN和PNNL数据库进行比对，以识别特定分子。 系统优势：能够快速检测ppmv和sub-ppmv级别的气体浓度，适用于需要快速估计气体样本组成的应用。 实际应用：展示了系统在测量实验室空气和人类呼吸样本中的应用，能够检测到多种气体并准确识别分子标记。 结论：该宽带光谱系统是研究复杂气体混合物的强大工具，具有高灵敏度和快速识别能力，特别适用于检测浓度在数百ppbv或更高的分子标记。在实际应用中的性能，如呼吸样本分析，能够检测到3%的二氧化碳和2%的水蒸气以及500 ppbv的丙酮。
使用波长可调量子级联激光器对痕量化学物质表面进行高速和大面积扫描
基于外部腔量子级联激光器（ECQCLs）的远距离高速、大面积表面扫描系统，用于检测微量化学物质。具有潜在的军事和安全应用价值。 系统开发：开发了一种远程化学检测系统，能够检测和识别自然和人造表面上的微量化学物质。 技术基础：系统基于主动中红外（MIR）高光谱成像技术，使用可调谐的ECQCLs照明目标表面，并通过HgCdTe相机捕捉反射光图像。 激光器特性：小型化、可快速调谐波长激光器，能够在7.7到10.3微米（1300到970 cm^-1）和9.8到11.8微米（1020到850 cm^-1）的范围内调谐，提供了平均功率分别为26毫瓦和7毫瓦的激光输出。 高速成像：系统能在0.1秒内捕获128x128像素和超过130个波长的超立方体，或者在14毫秒内捕获16x96像素和138帧的超立方体，代表了目前最快的主动MIR超立方体获取速度。 光栅扫描：通过集成的两轴振镜扫描系统，系统能够对大面积区域进行光栅扫描，提高检测效率。 实验结果：展示了在5米距离上对户外表面上的固体化学物质（如咖啡因）进行检测的实验结果，证明了测量光谱与纯化学物质的参考光谱有很好的相关性。 高速数据采集：通过一个示例，展示了系统在14毫秒内获取包含不同化学物质的样本的超立方体的能力。 结论：系统能够准确快速地捕获超立方体，实现了在5米距离上对各种户外表面上的固体痕迹的检测和识别，并且展示了超高速的数据采集能力。通过激光波长的调节，相机同步捕获反射光的图像，生成代表目标表面反射率的超立方体，然后与参考光谱库进行比较分析，以生成检测图，识别和空间映射目标表面上的任何化学污染。
痕量化学物质表面的中红外反射特征
利用中红外（MIR）高光谱成像（HSI）技术检测实际表面上微量炸药残留物的方法。激光器在被用作一种高效的照明和波长选择工具。 技术介绍：中红外（MIR）光谱学是一种有前景的技术，用于远程检测表面微量化学物质，因为大多数物质在MIR波段具有强烈的独特吸收特征。 实验设置：使用外部腔量子级联激光器（EC-QCLs）作为照明源，通过光栅扫描技术在目标表面上捕获高光谱图像。 样品准备：研究中使用了不同化学负载量的PETN（一种炸药成分）残留物，这些残留物被干转移技术应用于黑色键盘按键上。 高光谱成像过程：通过HgCdTe相机捕获128x128像素的超立方体，涵盖超过256个波长，波长范围为7.7至11.8微米。 数据处理与分析：通过分析超立方体数据，区分清洁基底和污染区域，使用自适应余弦估计（ACE）算法和Mie散射模型识别PETN污染的像素。 检测限：对于50微克的PETN负载样品，展示了检测过程。对于0.2微克的PETN负载样品，估计检测限为每像素约6纳克。 擦拭后检测：即使在用异丙醇擦拭表面四次后，HSI技术仍然能够检测到PETN残留物，尽管擦拭后PETN的反射光谱形状发生变化。 光谱特征解释：使用Mie散射模型和薄膜模型来解释擦拭前后PETN的反射光谱变化，其中擦拭后的PETN更可能以薄膜形式存在。 结论：MIR HSI技术在检测微量炸药残留物方面有高灵敏度和实用性，能够检测到实际表面上的微量炸药残留物，即使在表面被擦拭后，残留物仍然可检测。高分辨率微型FTIR光谱仪由一个大型线性行程MEMS弹出式反射镜实现
一种高分辨率微型FTIR（傅里叶变换红外）光谱仪，该光谱仪采用了MEMS（微电机系统）技术制造的大行程快镜。 技术背景：为对抗化学战剂，开发了一种名为“ChemPen™”的微型FTIR光谱仪，用于检测和识别有毒化学气体。 MEMS快镜设计：该快镜直径毫米级，能够在600微米的范围内进行线性移动，与固定镜和分束器结合，构成单体MEMS Michelson干涉仪。 干涉仪构造：MEMS Michelson干涉仪由三个光学组件（固定镜、移动镜和分束器）组成，这些组件在同一基底上通过表面微加工制造过程制成。 分束器设计：特别设计的分束器允许快镜的运动调制2-14微米光谱区域的光。 制造工艺：MEMS引擎在Sandia国家实验室的SUMMiT-V制造工艺中制造，包含五层多晶硅和中间牺牲氧化层。 光学质量：为实现中远红外光谱区域所需的反射率，固定和移动镜需要镀上一层金属（特别是金）。开发了一种新的后释放金属化技术，解决了传统工艺中的应力和腐蚀问题。 镜面运动：ChemPen™设计了一种热执行器系统，与大齿轮和曲柄系统结合，实现了600微米的物理镜面位移。 动态对准：开发了专有的平台引导技术，以保持镜面运动期间的对准精度，动态对准误差在垂直方向小于0.1º，在水平方向小于0.03º。 干涉图样测试：使用He-Ne激光器测试了MEMS Michelson干涉仪的动态干涉图样，证明了在中远红外光谱区域的调制深度。 结论：ChemPen™成功展示了单体MEMS Michelson干涉仪，具有8 cm^-1的分辨率能力，为高灵敏度和成本效益高的微型FTIR系统开辟了新的道路。强调了MEMS技术在实现小型化、高分辨率FTIR光谱仪方面的重要性和创新性，以及ChemPen™项目在化学战剂检测领域的潜在应用。光诱导力显微镜的纳米级化学成像
可调谐中红外量子级联激光器（QCL），其应用是在红外光诱导力显微镜（IR PiFM）技术中。IR PiFM是一种新型的扫描探针技术，它通过检测探针与样品之间随时间积累的力来直接测量样品在近场中的光诱导极化率。 纳米尺度化学成像：IR PiFM能够实现对不同化学物种吸收峰对应的多个红外波长的成像，能够空间映射自组装嵌段共聚物薄膜的纳米级模式。 材料分析：提供了一种具有高化学特异性和空间分辨率的分析技术，有助于加深对纳米材料的理解。 自组装嵌段共聚物（BCP）的成像：IR PiFM能够对BCP薄膜进行化学选择性成像，例如区分聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA）薄膜中的PS和PMMA组分。 点光谱分析：通过扫描可调谐的中红外QCL，IR PiFM能够产生近场点光谱，其光谱峰对应于高PiF响应，表明了增加的极化率。 化学成像：IR PiFM能够对BCP薄膜中的特定化学域进行成像，包括未引导的指纹图案区域和通过定向自组装（DSA）形成的平行线图案。 实时观察：由于PiFM的高信噪比，可以实现快速成像，这可能有助于实时观察动态BCP过程，如图案粗化、缺陷消失和热或溶剂退火的进展。 材料科学和生物应用：IR PiFM技术有望扩展到其他纳米结构系统，用于材料科学和生物应用的表征和成像。 【具体步骤】集成到AFM显微镜：与Molecular Vista Inc.的VistaScope原子力显微镜（AFM）集成，用于操作红外光诱导力显微镜（IR PiFM）。 动态非接触模式：AFM在动态非接触模式下运行，使用NCH-Au 300 kHz非接触式悬臂，以实现对样品的非破坏性测量。 激发源：QCL作为激发源，提供了可调谐的中红外光，脉冲宽度为30纳秒，重复频率可调，用于激发样品的分子极化率。 频率调制：激光器的重复频率设置为AFM悬臂的一阶和二阶机械共振频率之间的差值，大约为1.6 MHz，以优化对光诱导力的检测。 空间分辨率：通过调节激光器的波长，可以在多个红外波长下成像，这些波长对应于不同化学物种的吸收峰，实现纳米级的空间分辨率。 点光谱获取：通过扫描QCL的波长，可以产生近场点光谱，其中光谱峰对应于高光诱导力响应，表明了增加的极化率。 化学成像：通过在特定波长下成像，可以选择性地突出显示样品中的特定化学组分，例如在PS-b-PMMA和PS-b-P2VP嵌段共聚物薄膜中区分不同的聚合物域。 实时动态成像：利用PiFM的高信噪比，可以在高达20 Hz的线速度下成像，实现对动态过程的实时观察。 实验设置：实验中使用了Block Engineering的LaserTune QCL产品，其波数分辨率为0.5 cm^-1，调谐范围为800至1800 cm^-1。 通过这些方法，Block激光器在IR PiFM技术中发挥了关键作用，使研究人员能够在纳米尺度上对材料进行化学特异性成像和分析。
基于激光检测表面痕量化学物质的中红外高光谱模拟器
基于激光的中红外（Mid-Infrared, MIR）高光谱成像（Hyperspectral Imaging, HSI）技术，以检测各种表面上的微量化学物质。这种技术能够在远距离（数十米）快速、高灵敏度地检测化学物质，并且使用的传感器本质上对人眼是安全的。这是因为几乎所有化学物质都有独特的中红外吸收光谱，其吸收截面可能非常大。 具体来说，一个中红外高光谱模拟器（HSI Simulator），它用于模拟包括斑点和其他光谱变异源影响在内的表面的反射特征。该模拟器的目的是生成与实验结果匹配度足够高的模拟数据立方体（hypercubes），以便开发适用于广泛实际条件的检测算法。文中还提到了模拟器包括多个精确的、物理驱动的污染表面光谱模型，以及在汞镉碲（Mercury-Cadmium-Telluride, MCT）焦平面阵列（Focal-Plane Array, FPA）上每个像素处由波长可调谐激光照射时的探测器噪声和斑点效应。 激光器的配置：包括一系列波长、照明强度、偏振和照明角度。激光器的波长是可调的，这使得可以捕获不同波长下的反射光。
漫反射和衰减全反射量子激光级联光谱测定低浓度有效药物成分分析方法的建立
使用量子级联激光光谱学结合漫反射和衰减全反射技术来开发分析方法的研究，目的是确定不同低浓度配方中活性药物成分（API）的含量。 研究目的：开发一种分析方法，用于量化片剂中不同低浓度的对乙酰氨基酚（acetaminophen）作为API。 样品制备：包含对乙酰氨基酚的片剂通过混合API和辅料（如甘露醇、羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素和硬脂酸镁）制成。 光谱测量：使用预色散光谱仪，结合汞镉碲（MCT）探测器进行中红外光谱数据的收集。 光学配置：研究中使用了两种不同的光学配置，即衰减全反射（ATR）和漫反射背散射（DRBS）。 光谱测量仪器：使用了本产品的预色散光谱仪，这是一种QCL设备，具有最大峰值功率50 mW和平均功率2-5 mW。 探测器：本产品专有快速响应汞镉碲（MCT）探测器外部耦合。 光斑尺寸：激光束的光斑尺寸为2x4mm²（准直输出）。 光谱范围和分辨率：光谱测量覆盖了770–1850 cm^-1的范围，具有4 cm^-1的光谱分辨率。 脉冲设置：激光光谱仪的设置包括10.88 µs的脉冲周期、440 ns的脉冲持续时间、16 ns的采样延迟和424 ns的采样宽度。 数据分析：应用多变量分析（MVA），特别是主成分分析（PCA）结合非线性迭代偏最小二乘（NIPALS）算法，对收集的光谱数据进行分析。 结果：在ATR模式下，PCA分析未能基于API浓度观察到明显的分离。而在DRBS模式下，PCA分析能够观察到不同浓度样品之间的明显分离，尽管对于接近1% w/w的小浓度差异的区分效果不佳。 结论：DRBS技术在预测片剂中API含量方面比ATR更准确，尽管DRBS技术还需要进一步探索以提高散射光的收集效率。 意义：这项研究为使用QCL光谱学进行API含量均匀性评估的方法提供了有价值的见解，并推动了PAT应用中内容均匀性评估方法的发展。 宽谱可调谐QCL作为一种有价值的工具，在药物制造过程中快速、非侵入性和无损地评估API含量的潜力。
量子级联激光快速红外化学成像
技术背景：传统的FT-IR成像技术虽然能够高效记录宽带光谱数据，但受限于低通量光源，而QCL的出现为红外成像提供了高强度、宽调谐范围的光源。 QCL显微镜的开发：研究者开发了一种定制的红外显微镜，与QCL光源集成，能够实现高光谱和空间分辨率的成像。 光学系统设计：该系统基于最新的理论和设计规则，以提供最佳的高清红外成像性能。 QCL的配置：多个QCL单元被复用，以覆盖指纹区域的光谱，提供宽带光谱覆盖、宽场检测和衍射限制的光谱成像。 探测器的使用：系统配备了冷却的焦平面阵列（FPA）探测器，具有快速读出速度和高信噪比。 同步和控制：QCL在扫描时输出同步脉冲，用于实时波数监测，确保数据采集的准确性。 数据采集和处理：通过后处理步骤，如暗电流减去、低通滤波和光谱数据平均，提高了成像数据的质量。 样品成像：使用QCL显微镜成功成像了SU-8光刻胶图案和未染色的乳腺组织微阵列（TMA），展示了其在生物医学成像方面的潜力。 性能比较：QCL显微镜在光谱和空间保真度上至少与最佳FT-IR成像系统相当，并且在扫描速度上快了三个数量级。 应用前景：QCL技术为高通量红外化学成像提供了新的机会，特别是在细胞和组织测量方面。 结论：QCL显微镜在空间分辨率上超越了现有的商业FT-IR成像仪器，并且在光谱质量上达到了竞争水平，为快速、高效的化学成像提供了新的工具。
基于激光长波-红外高光谱成像系统的痕量表面化学物质对峙检测
一种基于激光的长波红外（LWIR）高光谱成像系统，用于远距离检测表面上的微量化学物质。 系统介绍：系统结合了外部腔量子级联激光器（EC-QCL）和汞镉碲（MCT）相机，能够捕捉目标表面漫反射的高光谱图像。 技术优势：与传统的接触式检测技术相比，该系统能够在安全的距离（大于1米）进行非接触式、非破坏性检测。 测量方法：通过主动照明目标表面并测量漫反射光，系统能够生成高光谱图像立方体（hypercube），每个像素点包含一个反射光谱。 系统配置：包括激光源、激光传输器、相机、相机镜头、控制电子设备、软件和检测算法等组件。激光器在脉冲条件下运行，低占空比（100纳秒脉冲长度和1%占空比）下的最大峰值功率约为1瓦，增益曲线峰值处的最大平均功率超过100 mW。 高光谱图像采集：描述了如何获取单个和复合高光谱数据集，以及如何通过栅格扫描激光束来覆盖更大的测量区域。 数据处理：通过算法分析高光谱数据，与光谱库比较，生成检测图，识别和映射化学物质。 实验结果：展示了在不同距离（0.1到25米）和不同表面上检测微量化学残留物的结果，包括糖精、爆炸物残留、塑料包装中的药品和手机壳上的污染指纹。 技术挑战：讨论了影响检测性能的因素，如基底材料、化学形态、测量几何形状等。 应用领域：适用于商业、执法、情报和军事领域，如爆炸物和毒品检测、法医分析、污染避免、边境保护等。在多种基板上检测到10微克的糖精粉末/在计算机键盘上检测到0.2微克的爆炸物残留物/在塑料袋内检测到残留的药品/在手机壳上检测到受污染的指纹。展示全部 
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