TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术利用可调谐半导体激光器的特性,通过调制激光器的波长,使其扫描被测气体分子的吸收峰,从而实现对气体分子浓度的测量。该技术通过红外吸收来测量激光通过被测气体时被吸收的数量,具有高精度和无接触的特点。调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术是激光吸收光谱(LAS)技术的一种。根据激光器的不同驱动形式,激光吸收光谱(LAS)技术可以分为:直接吸收法和调制吸收法。这两种技术各有优缺点:直接吸收法:需要锁定激光器驱动电流,不需加载2f谐波信号,结构简单,成本低,但容易受干扰,尤其是低频干扰,所以灵敏度相对低些。调制吸收法:需要给到激光器锯齿波驱动电流信号,同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上,结构会相对复杂一些,成本要比直接吸收法高一些,但是灵敏度高,能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类,波长调制类需要更大的调谐范围,频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率,技术复杂,灵敏度更高。 QCL在高灵敏检测方面具备天然的优势,可能成为呼吸气体分析技术领域瓶颈的可靠解决方案。贵州NH3QCL激光器价格
2002年之后,带间级联激光器在美国喷气推进实验室(JPL)取得了更加快速的发展,在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年,研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器(DFB)可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局(NASA)的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年,美国海军实验室(NRL)经过多年优化和发展,终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器,连续波**高工作温度可达319K,激射波长为μm。2011年,美国海军实验室在材料设计的基础上,又进一步提出了“载流子再平衡”的概念,解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题,通过改变电子注入区中的掺杂浓度,平衡有源区中过高的空穴浓度。之后,德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上,提出了短注入区的设计。2014年,美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度,进一步提高了带间级联激光器的器件指标,其室温连续输出功率达592mW,输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标,并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 贵州水QCL激光器工厂量子级联激光器窄线宽,可以获得气体分子、原子光谱线精细结构,因此在气体检测分辨率要高于其他检测方法。
直接吸收光谱技术是通过调谐激光频率到选择吸收谱线透过率和谱线形状进行分析,并获取一些重要信息,如吸收谱线强度和增宽系数。从这些光谱测量得到信息可以推断出气体温度、浓度、气流速度以及压力等参数值。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号给激光驱动器驱动DFB激光器,激光器输出激光通过待测气体,光电探测器接收到透射光,并通过对光强信号进行分析,从而测量得到气体浓度值。实现直接吸收光谱检测透射光容易受到背景噪声的干扰、激光器光强波动等因素的影响,为了减小噪声的干扰,通常会使用高灵敏光谱技术,如采用波长调制技术对目标信号进行高频调制,实现抑制高频背景噪声,从而极大提高探测灵敏度和精度。信号发生器发生锯齿波或三角波扫描信号叠加快速正弦频率f的调制信号给激光驱动器驱动DFB激光器,激光器输出调制光经过待测气体,光电探测器接收到吸收后光强,此时将光信号转换成电信号输入到锁相放大器对信号进行解调输出波长调制的谐波信号,根据谐波信号的值计算得到此时气体浓度值。
痕量气体检测对于很多领域都有着非常重要的作用,比如大气环境监测、工业过程监测、燃烧流场诊断、人体呼吸气体检测等等。而红外光谱为分子的振动跃迁光谱,因此在检测技术中,“红外激光光谱法”是目前受到较多关注的主流方法之一。不同于傅里叶变换红外光谱(FTIR)、非分散红外光谱(NDIR)这些“红外光谱”同门,红外激光光谱配置的不是宽带光源,而是高单色性的红外激光。有着更高的光谱分辨率、可以实现长光程检测、不需要额外分光部件,仪器能够进一步小型化等等优点。按波段来分的话,红外激光光谱法主要涉及近红外和中红外两个波段。相对于近红外,中红外波段是气体分子基带吸收光谱区,分子吸收线的强度比近红外要大几个量级。比如,CH4在3.3um处的吸收强度,是其在1.6um处的163倍,理论检测下限可达0.9ppb/m。因此,它能够实现痕量气体的超高灵敏探测。在一些浓度较低或对灵敏度要求较高的污染源排放的气体监测中,有很好的应用。 在环境监控,医学应用等痕量气体检测中,要求QCL单纵模,宽调谐,高功率,低阈值,高光束质量的工作.
红外激光光谱学独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。主要的应用有:(1)高选择性,高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。(2)它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。由于这个特点,很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。(3)它具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有:分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、检测、大气中痕量污染气体监测等。因此,可调谐红外激光光谱新方法及其环境污染时空分布监测研究对国家可持续发展和解决环境领域中必不可少的监测分析新方法与新技术有重要的科学意义和实用价值。应用该技术的主要领域有:1、分子光谱研究:光谱结构、线宽、线强等;2、大气痕量气体检测:CH2O、CH4、CO2、NH3等;3、工业过程监测控制:CO、CO2、H2O、NH3等;4、医疗诊断:NO、CO、CO2、CH4等;5、机动车尾气测量:CO、CO2、NH3、NO等。 量子级联激光器是一种新型半导体激光器,体积小、寿命长等特点,其工作原理却和传统半导体激光器截然不同。内蒙古N2OQCL激光器定制
基于光谱学原理的气体检测,有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点,是温室气体监测技术的主流方向。贵州NH3QCL激光器价格
波长覆盖范围宽量子级联激光器从波长设计原理上与常规半导体激光器不同,常规半导体激光器的激射波长受限于材料自身的禁带宽度,而QCL的激射波长是由导带中子带间的能级间距决定的,可以通过调节量子阱/垒层的厚度改变子带间的能级间距,从而改变QCL的激射波长。从理论上讲,QCL可以覆盖中远红外到THz波段。[2]单个激光器激射波长连续可调谐对于各种气体的检测,需要激光器的波长精确平滑地从一个波长调谐到另一个波长。对于特定气体的检测,波长更需要精确的调节以匹配其吸收线,也称为分子“指纹”。另外,通过波长调节以匹配气体的第二条吸收线,可以用来作为条吸收线是否正确的判断标准。单个激光器的激射波长可以通过改变温度和工作电流进行调谐,已有技术通过改变激光器的工作温度,得到波长9μm激光器中心频率,约为10cm-1。而使用外置光栅,可以得到更宽的波长调谐范围。 贵州NH3QCL激光器价格