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。 分布式反饋激光二極管(DFB-LD)檢測某種氣體,該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。上海CO2QCL激光器公司
常見的溫室氣體光譜學檢測技術主要包括非分散紅外光譜技術(NDIR)、傅立葉變換光譜技術(FTIR)、差分光學吸收光譜技術(DOAS)、差分吸收激光雷達技術(DIAL)、可調諧半導體激光吸收光譜技術(TDLAS)、離軸積分腔輸出光譜技術(OA-ICOS)、光腔衰蕩光譜技術(CRDS)、激光外差光譜技術(LHS)、空間外差光譜技術(SHS)等。其中,NDIR技術利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關系,進行溫室氣體反演,具有結構簡單、操作方便、成本低廉等優點,但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術通過測量紅外光的干涉圖,并對干涉圖進行傅立葉積分變換,從而獲得被測氣體紅外吸收光譜,能夠實現多種組分同時監測,適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測,儀器系統較為復雜,價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術,能夠實現多氣體組分探測,儀器光譜分辨率較低,易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術是一種利用氣體分子后向散射效應對氣體遙感探測的光譜技術,具有高精度、遠距離、高空間分辨等優點,系統較為復雜,成本較高。TDLAS技術利用窄線寬的可調諧激光光源,完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。西藏CO2QCL激光器加工提供從QCL光源、MCT探測器等模塊組件,再到激光氣體分析系統的全套解決方案。
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。
大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段,其中近紅外波段波長在-μm范圍,對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶,而中紅外波段波長位于-25μm范圍,對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶,吸收強度要明顯高于近紅外波段,適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監測需求,研究人員開展了不同形式的探測方法研究,主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測,綜合運用各種吸收光譜技術和儀器,通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜,經過光電信號轉換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數據處理等技術過程,能夠實現溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 DFB激光器由于具有良好的單色性,窄線寬特性和頻率調諧特性。
復雜生態環境溫室氣體不同空間、時間尺度的濃度監測是了解溫室氣體源與匯的基礎。目前適應生態環境溫室氣體長期連續監測的技術手段仍有待研究。可調諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術,具有高選擇、高靈敏度、高分辨等特點,與目前新興的中紅外量子級聯激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結合,可實現分子"基頻"吸收光譜測量,進一步提高檢測靈敏度,達到溫室氣體區域環境監測需求。激光氣體分析利用激光光譜技術,通過氣體對特定波長激光的吸收特性來檢測氣體濃度。適用于檢測具有特定吸收特性的氣體,如甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧化亞氮和氨氣。憑借其高精度、快速響應和非接觸式檢測的特點,激光氣體分析儀在工業過程控制、環境監測、安全與泄漏檢測、醫療與生命科學以及科研實驗室等多個領域中得到了廣泛應用。 通訊是DFB的主要應用,如1310nm,1550nm DFB激光器的應用,這里主要介紹非通訊波段DFB激光器的應用。湖北國產QCL激光器價格
針對部分疾病,目前已有許多基于 TDLAS 技術的無創檢測方法,且效果明顯。上海CO2QCL激光器公司
量子級聯激光理論的創立和量子級聯激光器的發明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。一般而言,量子級聯激光器系統包括量子級聯激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯激光器從結構上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯激光器系統。隨著技術的進步,目前量子級聯激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC激光器裝進一個氣密性封裝內,比較大限度的保護了激光器的性能和壽命。 上海CO2QCL激光器公司