量子级联激光器的医疗革命：QCL在精准医疗中的创新与应用
前言
上期我们回顾了量子级联激光器（QCL）的发展历史，以其量子阱结构内的跃迁的工作原理为例描述了量子级联激光器的特性，介绍了量子级联激光器在环境监测、材料鉴定、生物医学等领域的应用研究情况，并且简单归纳了量子级联激光器技术的发展趋势。
QCL在生物医疗中的应用
通过利用QCL光源的透射、吸收特性，可以探测物质的成分。其原理是根据物质成分中的碳、氮等元素的特征谱线,用QCL发射的激光对这些物质进行指纹特征识别。目前，基于QCL的物质成分探测在众多检测领域的应用越来越广泛。由于激光诊断技术是利用尖端检测技术获取体内信息，可以避免开刀，显著降低了患者的痛苦和医疗成本，极大地提升了医疗服务的效率与品质，也展现出QCL在无损医学诊断领域巨大的应用前景。
QCL在医疗上主要用于呼吸系统的疾病诊断、血糖的无创检测、蛋白质结构分析、药物成分分析等，目前国外研究机构在这方面的研究走在了前列。现在国内也有相似的研究，如下图为安徽大学搭建的土壤呼吸检测实验装置示意图。
在呼吸系统疾病诊断研究上，美国康涅狄格学院采用QCL红外光谱仪对志愿者呼吸样本中的另戊二烯浓度进行了灵敏的红外光谱分析。奥地利林茨无损检测中心利用6.4-10.5μm的高速QCL中红外显微镜获取了多层聚合物薄膜(MLPF)截面的中红外高光谱图像。德国鲁尔大学的研究人员采用5.5-10.5μm的量子级联激光进行红外成像，实现对肺癌组织学类型和最常见突变的综合诊断。下图为红外成像过程。
利用QCL激光能够实现对血糖的无创检测。2020年日本东北大学提出了一种配有高速波长扫频脉冲QCL的中红外光谱系统，用于血糖测量。下图为日本东北大学中红外光谱系统原理图及外观图。此外，挪威科技大学演示了使用光纤耦合可调谐的中红外QCL快速测量腹膜液中葡萄糖的可行性,并为小型化光学传感器用于腹腔内连续血糖监测迈出了第一步。
为分析蛋白质的二级结构,奥地利维也纳技术大学化学技术与分析研究所采用了室温工作的宽带外腔量子级联激光(EC-QCL)红外光谱仪,该光谱仪的光谱范围为5.7-7.4μm。
海尔欣的技术创新
宁波海尔欣光电科技有限公司打破外腔量子级联激光器领域的国外技术垄断，成功研制了国内首款商用宽谱调谐中红外激光模块QSweep系列。该产品基于自主创新的全闭环波长反馈控制技术，可实现5-12μm中红外波段连续精准覆盖，核心指标达到国际一流水准。QSweep系列深度契合生物医学光谱分析的应用场景，为无损医学诊断提供了坚实的技术支撑，为我国高端光谱仪器自主化提供核心光源保障。
参考论文：《量子级联激光器及其应用的研究进展》https://www.opticsjournal.net/Articles/OJc749c14af5fecf39/Abstract