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TDLAS气体分析主流产品简介(上)

点击次数:249 发布时间:2020-04-24

本文主要介绍TDLAS技术优势,以及常用于TDLAS分析系统的激光器,和海尔欣相关科研级模块产品。

中红外量子级联激光器(QCL)是一种性能优越的新型半导体激光器,随着QCL的发展,可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)在痕量气体分析领域获得了更广泛的应用。相较于传统的非色散红外光谱分析技术(NDIR),基于TDLAS技术的气体分析技术具有难以取代的优势。

 

 

   目前市面上的主流气体分析产品多数采用NDIR技术,其缺点包含:

  1. 复杂的采样和预处理系统使得系统响应速度慢,难以满足实时响应需求;
  1. 受背景气体(如水汽)的交叉干扰严重,并且样气中的粉尘引起误差,影响浓度测量准确度;
  2. 单点采样使得测量数据不具有代表性;
  3. 易于发生漂移,降低数据可靠性,且因为需要经常标定,维护成本高。

TDLAS也是一种红外吸收光谱技术,基本原理是通过分析光被气体的选择性吸收,由吸收光谱反演获得待测气体浓度。由于TDLAS技术采用了半导体激光光源,光谱线宽远小于待测气体单根吸收谱线的线宽,频率扫描范围可避开其他气体吸收谱线,有效避免交叉干扰。其优点如下:

  1. 高灵敏度和高选择性:可调谐半导体激光器的线宽低至10-4波数(cm-1),而一般分子的吸收线的线宽在10-2 cm-1量级,将激光器的输出波长调谐到选定的分子吸收峰中心频率,可避开其他气体组分的干扰;
  1. 响应快速:脉冲式的可调谐激光器的脉冲沿上升时间在纳秒级别(10-9 s),允许它们在很小的光谱范围内进行扫描,在毫秒范围内能对几种波长进行扫描;
  2. 相同样气多组分测量:可调谐激光器的波长覆盖了大多数气体的吸收峰,因而可以检测的气体种类多,只要更换激光器,同样的设备可以实现多种气体监测;
  3. 实现连续在线监测:传统的检测方法大都需要采样及预处理过程,难以实现连续在线监测。TDLAS可以实现原位监测,无需任何预处理过程;
  4. 实现区域监测:传统的检测方法由于单点采样,数据可能不够具有代表性,难以满足区域内的监测要求。TDLAS技术结合开放式光路和长光程设计,可以反映几百米,甚至几千米区域内的气体浓度信息;
  5. 远距离遥感:可调谐激光器很容易进行准直、聚焦等操作,并且红外无需接触测量,可实现远距离遥感。

 

常用于TDLAS系统的激光器

TDLAS系统的主要部件为可调谐半导体激光器,以下介绍常见的可调谐半导体激光器及其特性:

FP(Fabry-Perot Laser,法布里-珀罗)激光器:输出功率大(可达瓦级),一般为多模输出,且因为光谱线宽较宽,难以满足对精度要求高的痕量气体分析需求。

DFB(Distributed Feedback Laser,分布反馈式)激光器:输出功率比FP激光器低很多(多几十个毫瓦),可以输出较窄(0.01 nm量级)的光谱,并能够通过温度调谐提供有限的波长调谐(几个波数)。DFB激光器是目前市面上TDLAS系统中常见的激光器,其输出线宽小于10MHz,而传统NDIR红外光源的线宽则达到数百GHz。

VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直腔面发射)激光器:优点是线宽较窄(0.1 nm量级)且波长对温度漂移较小,然而只能实现从0.760-2.4 μm之间的部分波长。

海尔欣与QCL和MCT芯片厂商合作,研发用于工业领域过程监控和气体传感器件,包含激光器,探测器,驱动器,安装座和信号处理模块。若您处于开发或研究的初期阶段,我们同时也提供一系列激光安装座驱动器,长光程气体池,MCT探测器,TDLAS锁相模块。

海尔欣以瑞士Alpes公司,日本住友电工,美国Thorlabs和Adtech Photonics公司的分布反馈式量子级联激光器(DFB-QCL)为基础元器件,通过相关的封装和准直工艺,整合成一整套量子级联准直激光发射模块。无论您需要连续输出,脉冲输出,定制中心波长,宽调谐,线宽<5 MHz,输出功率达到百毫瓦级,还是高性价比的工业批量器件,请与我们联系,我们将帮您选择3到13 μm及以上的中红外激光器。我们的激光发射器主要产品为:

QC-QubeTM迷你全功能量子级联激光发射单元(世界上较小的具备气密,温控,散热,准直功能的中红外激光器)

HPQCL-QTM标准中红外量子级联激光器(全功能且含共轴红光,方便用户观察及调光)

HPQCL-HTM工业级HHL封装量子级联激光器(高性价比,高可靠)

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