紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和非分散紅外光譜(NDIR)技術,以及紅外激光光譜技術。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比,紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源,具有更高的光譜分辨率,不需要使用額外的分光部件,易于實現儀器的小型化。另外,高功率密度激光光源更方便實現長光程檢測。紅外激光光譜學依據波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在-μm的近紅外區,相應于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數比中紅外的基頻吸收要弱得多,一般要低2-3數量級。盡管如此,由III-V族化合物制成的半導體激光由于在通信和電子工業元件方面的廣泛應用,其價格相對便宜,質量、性能和輸出功率都相當優越,且在接近室溫工作,使其在一些濃度較高或對靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監測中得到了很好的應用,足以達到ppm的檢測水平,甚至到達ppb的水平,接近中紅外光譜系統檢測靈敏度的1-10%。 在信息處理和通信領域,可調諧激光器可以用于構建高效的光通信系統和網絡;黑龍江氣體檢測QCL激光器價格
工農業生產、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖,研究和發展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態檢測技術是環境氣候研究的基礎和前提。基于光譜學原理的氣體檢測技術,具有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監測等優點,是目前溫室氣體監測技術的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區域、全球等尺度下的監測需求,綜合利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測,獲取溫室氣體空間分布、季節變化和年變化的特征和趨勢,這對理解區域碳排放、掌握源匯信息、研究環境氣候變化規律等具有重要意義。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三種氣體造成溫室效應的能力強,但從對全球升溫的貢獻百分比來說,CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大,它們對全球變暖的總體貢獻占到77%,濃度也呈現出逐年升高的趨勢。 黑龍江HerriotQCL激光器價格DFB激光器同時提供對波長的平滑、可調諧控制以及精確光纖通信和光譜應用所需的極窄光譜寬度。
TDLAS能實現"原位、連續、實時測量",環境適應力強,易于設備的小型化。因此可以掙脫實驗室的束縛,在產業應用中大展拳腳。比如大氣環境在線監測、發動機效率檢測、汽車尾氣測量、工業過程氣體實時監測等等。TDLAS利用半導體激光器的波長調諧特性,可獲得被選定的待測氣體特征吸收峰的吸收光譜,從而對氣體定性或者定量的分析。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小,所以也稱之為"分子的指紋峰"TDLAS技術簡單來說就是這些氣體"分子指紋"的識別系統,具有很強的選擇性。此外,TDLAS的檢測靈敏度也是較高的,不過檢出限能達到怎樣的量級,就和所用光源有著很大的關系。常見的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm,基本是中紅外的天下,所以,作為中紅外激光光源的QCL,則可展現性能優勢。再加之高輸出功率,檢出限可達到ppb,甚至ppt級別。這比傳統的近紅外光源所能達到的水平,整整高出了3~6個量級。
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術利用可調諧半導體激光器的特性,通過調制激光器的波長,使其掃描被測氣體分子的吸收峰,從而實現對氣體分子濃度的測量。該技術通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數量,具有高精度和無接觸的特點。調諧半導體吸收光譜(TDLAS)技術是激光吸收光譜(LAS)技術的一種。根據激光器的不同驅動形式,激光吸收光譜(LAS)技術可以分為:直接吸收法和調制吸收法。這兩種技術各有優缺點:直接吸收法:需要鎖定激光器驅動電流,不需加載2f諧波信號,結構簡單,成本低,但容易受干擾,尤其是低頻干擾,所以靈敏度相對低些。調制吸收法:需要給到激光器鋸齒波驅動電流信號,同時需要加載2f諧波信號到驅動電流上,結構會相對復雜一些,成本要比直接吸收法高一些,但是靈敏度高,能夠避開低頻干擾。其中又進一步分為波長調制類和頻率調制類,波長調制類需要更大的調諧范圍,頻率調制類需要很高的掃描頻率和調制頻率,技術復雜,靈敏度更高。 激光氣體分析被用于各種氣體檢測研究。高精度和靈敏度使其成為研究氣體環境科學和物理化學性質的理想設備。
直接吸收光譜技術是通過調諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進行分析,并獲取一些重要信息,如吸收譜線強度和增寬系數。從這些光譜測量得到信息可以推斷出氣體溫度、濃度、氣流速度以及壓力等參數值。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅動器驅動DFB激光器,激光器輸出激光通過待測氣體,光電探測器接收到透射光,并通過對光強信號進行分析,從而測量得到氣體濃度值。實現直接吸收光譜檢測透射光容易受到背景噪聲的干擾、激光器光強波動等因素的影響,為了減小噪聲的干擾,通常會使用高靈敏光譜技術,如采用波長調制技術對目標信號進行高頻調制,實現抑制高頻背景噪聲,從而極大提高探測靈敏度和精度。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調制信號給激光驅動器驅動DFB激光器,激光器輸出調制光經過待測氣體,光電探測器接收到吸收后光強,此時將光信號轉換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進行解調輸出波長調制的諧波信號,根據諧波信號的值計算得到此時氣體濃度值。 TDLAS技術采用的半導體激光光源的光譜,寬度遠小于氣體吸收譜線的展寬,得到單線吸收光譜。湖南新型QCL激光器封裝
基于 TDLAS 技術的無創檢測方法,且效果明顯。黑龍江氣體檢測QCL激光器價格
作為半導體激光技術發展的里程碑,量子級聯激光器(QCL)使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能,為氣體分析等中紅外應用提供了新型光源,因此QCL日益受到關注。尤其是近10年,越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應用,使得它的優勢和潛力被更多的認識和挖掘。中遠紅外量子級聯激光器(QCL)眾所周知,QCL屬于新一代半導體激光器,它的特性不同于傳統半導體激光器。用中科院半導體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,應該更加形象。首先是量子含義,是指激光器由納米級厚度的半導體異質結超薄層構成,利用量子限制效應,通過調節每層材料的厚度和子帶間距,從而調節波長;其次是級聯含義,它的有源區由多級耦合量子阱串接組成,可實現單電子注入的倍增光子輸出,可望獲得大功率,而普通的半導體激光器是利用電子空穴對的復合發射光子,這是普通激光器不具備的一個性能。 黑龍江氣體檢測QCL激光器價格