Interband Cascade Lasers，即帶間級聯激光器，簡稱ICL激光器，是繼近紅外DFB激光器，中紅外QCL激光器之後的一個(ge) 重要創新產(chan) 品，尤其是在3～6μm波長領域填補了DFB激光器和QCL存在的不足。

目前，nanoplus是唯一一家能提供3000nm－6000nm之間任意中心波長的帶間級聯ICL激光器的廠家。在這個(ge) 波長範圍內(nei) ，大部分氣體(ti) 都有其最強的吸收線，吸收強度比其它紅外區域高出幾個(ge) 數量級，比如CH4，HCl，CH2O，HBr，CO，CO2，NO和H2O等。ICL激光器以創新開辟了中紅外領域TDLAS超高靈敏度氣體(ti) 傳(chuan) 感應用。

ICL激光器的發展曆程：

1994 年美國加利福尼亞(ya) 技術研究所噴氣推進實驗室的Rui．Q．Yang首先提出了第二型帶間級聯激光器（ICL）的概念。破隙型的InAs／AlSb／GaSb 超晶格具有較大的導帶不連續，能提供非常好的自由載流子限製，而且GaSb、InAs及AlSb 的晶格常數非常接近，有利於(yu) 生長高質量材料，因此它很適合做第二型ICL 的材料。

第二型ICL的概念提出以後，理論預測它能夠在室溫下以連續波（CW） 模式激射，且具有高的輸出功率和低的閾值電流密度。許多研究機構對第二型ICL進行了大量的研究，其中包括休斯敦大學真空外延中心、美國海軍(jun) 實驗室、美國陸軍(jun) 實驗室和加利福尼亞(ya) 技術研究所噴氣推進力實驗室等。直到2012年，第一個(ge) 商業(ye) 化ICL激光器獲得成功，由德國nanoplus公司聯合維爾茨堡大學等研究機構成功研製，已經成功推出了3～6μm 波長範圍的ICL激光器，在這個(ge) 波長範圍內(nei) ，具有非常多高靈敏度的氣體(ti) 吸收線，比如CH4， HCl， CH2O， HBr， CO， CO2， NO和 H2O等，將會(hui) 給激光氣體(ti) 分析應用帶來全新的應用。

nanoplusICL激光器獲得2012年棱鏡獎：

nanoplus ICL帶間級聯激光器在2012年獲得由國際光學工程學會(hui) （SPIE）和Photonice Media共同評選出來的棱鏡光子學創新獎（Prism Award），並於(yu) 2012年1月底在舊金山舉(ju) 行頒獎典禮，以表彰nanoplus推出了創新性產(chan) 品ICL激光器，波長覆蓋從(cong) 3000nm到6000nm整個(ge) 波長範圍，開辟了此波段的可調諧二極管激光光譜學的研究和應用。

ICL激光器的主要特點：

目前ICL激光器的參數特性已經與(yu) 近紅外DFB激光器參數非常相似，具有較低的閾值電流、常溫工作溫度、較高的輸出功率，和比較低的散熱。如下圖所示是46xx nm和52xx nm波長範圍內(nei) 器件的典型特性參數，可見ICL激光器在20℃的工作溫度下，在輸出功率典型值為(wei) 5mW的情況下，具有與(yu) 普通近紅外DFB非常相似的參數特性，而且電路功耗閾值隻有150mW，具有非常低的功耗。

另外，以5262．9nmICL激光器作為(wei) 例子：

ICL激光器與(yu) DFB激光器和QCL激光器輻射原理比較：

1） DFB、ICL、QCL由不同的物質輻射不同波長範圍的光。

不同的發射波長基於(yu) 不同的物質輻射，如圖下圖所示，藍色代表用於(yu) VCSEL、DFB結構的芯片材料，紅色代表用於(yu) ICL結構的芯片材料，綠色代表用於(yu) QCL結構的芯片材料。

2）從(cong) 可見光到紅外光輻射的基本複合方案。

3）DFB、ICL、QCL激光器發射波長與(yu) 閾值功率密度的關(guan) 係。

圖1． 激光器發射波長與(yu) 閾值功率密度的關(guan) 係

閾值功率密度是衡量激發激光需要消耗能量大小的指標，閾值功率密度越高，意味著同樣的光輸出功率需要輸入越高的電流，消耗越高的能量，並產(chan) 生越多的熱量。如上圖所示，黑色代表DFB激光器，在2～3．5μm閾值功率密度越來越高，綠色和藍色代表ICL激光器，在3～7μm閾值功率密度越來越高，紅色代表QCL激光器，閾值功率密度相比DFB、ICL都要高，尤其是在4μm以內(nei) 變得特別高。從(cong) 上圖可以看出，DFB激光器在3微米以內(nei) 具有較低的閾值功率密度，ICL激光器在3～6μm具有較低的閾值功率密度，QCL均具有較高的閾值功率密度。

ICL激光器的創新應用：

TDLAS使用中紅外ICL激光器作為(wei) 發射光源有非常多的優(you) 勢，首先是選擇了大量痕量氣體(ti) 的最強吸收線作為(wei) 檢測對象，有助於(yu) 提高檢測速度和檢測下限，能降低整個(ge) 係統的噪聲，以及通過減小光程使得設備便攜和小型化。

比如ICL激光器用於(yu) 機動車尾氣遙測：

通過水平固定式或者垂直固定式的全激光機動車尾氣遙感監測係統，實時監測機動車行駛中尾氣排放的CO，CO2，HC（特別是C3H8），NO，NO2，N2O等氣體(ti) 的成分，以及不透光度，能有效自動識別尾氣排放不達標的車輛和黑煙車，為(wei) 解決(jue) 機動車尾氣汙染帶來了有效的手段，也為(wei) 大氣汙染治理提供了重要的數據。

又比如ICL激光器用於(yu) 醫療呼氣分析：

吹口氣就能檢測出患有什麽(me) 疾病，是當下最流行的呼氣分析手段。醫療呼氣分析要求檢測手段具有非常高靈敏度和非常低的檢測下限，ICL激光器的出現正好解決(jue) 了常規手段靈敏度不高的問題，常規呼出氣體(ti) 比如CO2，CO，NO在中紅外區域具有最強的吸收線，可以準確地進行檢測，比如通過檢測呼出13CO2含量診斷是否攜帶幽門螺杆菌，通過檢測呼出氣體(ti) NO診斷是否哮喘等。

ICL激光器的未來發展：

目前，激光器已經基本上覆蓋從(cong) 760nm到20μm的波長範圍，可以實現大部分氣體(ti) 的檢測，尤其是中紅外高靈敏的氣體(ti) 檢測，但激光器成本仍然偏高，製約了激光吸收光譜的廣泛應用。未來隨著激光器技術的不斷突破，工藝技術的成熟，激光器大批量生產(chan) 以後，成本將得到大幅度下降，小型化、高度集成、低成本的激光器和氣體(ti) 傳(chuan) 感器將成為(wei) 必然趨勢。

隨著物聯網的到來，基於(yu) 激光吸收光譜技術的應用將會(hui) 大範圍推廣，除了工業(ye) 、環保，也會(hui) 進入到消費領域，進入千家萬(wan) 戶成為(wei) 家庭和個(ge) 人消費品。激光吸收光譜技術將從(cong) 分析儀(yi) 器、儀(yi) 表，走向傳(chuan) 感器領域，應該規模大大提高。

比如正在進行的一個(ge) 歐洲項目MIRPHAB：化學傳(chuan) 感和光譜分析用紅外光電子器件製造。

MIRPHAB項目聚集了中紅外激光器和探測器的主要生產(chan) 廠家，將建立一條新的試產(chan) 線來滿足歐洲在中紅外器件領域不斷增長的需求。歐盟希望能夠為(wei) 各種中紅外器件提供從(cong) 設計到製造封裝的端到端生產(chan) 能力，滿足廣泛的紅外傳(chuan) 感應用。

通過大量引入集成電路／微機電器件技術，以及開發矽和Ⅲ－Ⅴ材料集成工藝模型，試產(chan) 線將為(wei) 傳(chuan) 感器帶來從(cong) 未實現過的技術，開啟現有技術和器件不能帶來的許多應用，滿足下一代化學傳(chuan) 感和光譜分析需求，並顯著減少成本、功耗和尺寸。

ICL激光器的成熟和穩定將為(wei) MIRPHAB的成功帶來巨大的作用。