江西氣體檢測(cè)QCL激光器定制

    痕量氣體檢測(cè)對(duì)于很多領(lǐng)域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)、燃燒流場(chǎng)診斷、人體呼吸氣體檢測(cè)等等。而紅外光譜為分子的振動(dòng)躍遷光譜,因此在檢測(cè)技術(shù)中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關(guān)注的主流方法之一。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率、可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)光程檢測(cè)、不需要額外分光部件,儀器能夠進(jìn)一步小型化等等優(yōu)點(diǎn)。按波段來(lái)分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個(gè)波段。相對(duì)于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外要大幾個(gè)量級(jí)。比如,CH4在3．3um處的吸收強(qiáng)度,是其在1．6um處的163倍,理論檢測(cè)下限可達(dá)0．9ppb/m。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測(cè)。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測(cè)中,有很好的應(yīng)用。 光譜技術(shù)在氣體檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術(shù)。江西氣體檢測(cè)QCL激光器定制

    直接吸收光譜技術(shù)是通過(guò)調(diào)諧激光頻率到選擇吸收譜線透過(guò)率和譜線形狀進(jìn)行分析，并獲取一些重要信息，如吸收譜線強(qiáng)度和增寬系數(shù)。從這些光譜測(cè)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(shù)值。信號(hào)發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號(hào)給激光驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)DFB激光器，激光器輸出激光通過(guò)待測(cè)氣體，光電探測(cè)器接收到透射光，并通過(guò)對(duì)光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行分析，從而測(cè)量得到氣體濃度值。實(shí)現(xiàn)直接吸收光譜檢測(cè)透射光容易受到背景噪聲的干擾、激光器光強(qiáng)波動(dòng)等因素的影響，為了減小噪聲的干擾，通常會(huì)使用高靈敏光譜技術(shù)，如采用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行高頻調(diào)制，實(shí)現(xiàn)抑制高頻背景噪聲，從而極大提高探測(cè)靈敏度和精度。信號(hào)發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號(hào)疊加快速正弦頻率f的調(diào)制信號(hào)給激光驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)DFB激光器，激光器輸出調(diào)制光經(jīng)過(guò)待測(cè)氣體，光電探測(cè)器接收到吸收后光強(qiáng)，此時(shí)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入到鎖相放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)輸出波長(zhǎng)調(diào)制的諧波信號(hào)，根據(jù)諧波信號(hào)的值計(jì)算得到此時(shí)氣體濃度值。 山東國(guó)產(chǎn)QCL激光器封裝可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)和二氧化碳檢測(cè)技術(shù)可以測(cè)得二氧化碳?xì)怏w濃度值。

    QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。增益介質(zhì)顯示為灰色，波長(zhǎng)選擇機(jī)制為藍(lán)色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結(jié)構(gòu)中，切割面為激光提供反饋，有時(shí)也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多。通過(guò)大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長(zhǎng)調(diào)諧（通過(guò)緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過(guò)快速注進(jìn)電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來(lái)，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個(gè)增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過(guò)10ms）。由于ECqcL結(jié)構(gòu)使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運(yùn)作。

    作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑，量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源，因此QCL日益受到關(guān)注。尤其是近10年，越來(lái)越多的科研人員開(kāi)始研究QCL在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用，使得它的優(yōu)勢(shì)和潛力被更多的認(rèn)識(shí)和挖掘。中遠(yuǎn)紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）眾所周知，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋，應(yīng)該更加形象。首先是量子含義，是指激光器由納米級(jí)厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成，利用量子限制效應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調(diào)節(jié)波長(zhǎng)；其次是級(jí)聯(lián)含義，它的有源區(qū)由多級(jí)耦合量子阱串接組成，可實(shí)現(xiàn)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(dǎo)體激光器是利用電子空穴對(duì)的復(fù)合發(fā)射光子，這是普通激光器不具備的一個(gè)性能。 提供從QCL光源、MCT探測(cè)器等模塊組件，再到激光氣體分析系統(tǒng)的全套解決方案。

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的特性，通過(guò)調(diào)制激光器的波長(zhǎng)，使其掃描被測(cè)氣體分子的吸收峰，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子濃度的測(cè)量。該技術(shù)通過(guò)紅外吸收來(lái)測(cè)量激光通過(guò)被測(cè)氣體時(shí)被吸收的數(shù)量，具有高精度和無(wú)接觸的特點(diǎn)。調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜（TDLAS）技術(shù)是激光吸收光譜（LAS）技術(shù)的一種。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動(dòng)形式，激光吸收光譜（LAS）技術(shù)可以分為：直接吸收法和調(diào)制吸收法。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)：直接吸收法：需要鎖定激光器驅(qū)動(dòng)電流，不需加載2f諧波信號(hào)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但容易受干擾，尤其是低頻干擾，所以靈敏度相對(duì)低些。調(diào)制吸收法：需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，同時(shí)需要加載2f諧波信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電流上，結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)復(fù)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(kāi)低頻干擾。其中又進(jìn)一步分為波長(zhǎng)調(diào)制類和頻率調(diào)制類，波長(zhǎng)調(diào)制類需要更大的調(diào)諧范圍，頻率調(diào)制類需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率，技術(shù)復(fù)雜，靈敏度更高。 紅外氣體傳感器是通過(guò)測(cè)量被測(cè)氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來(lái)計(jì)算濃度的。廣東甲烷QCL激光器工廠

在工業(yè)污染分析中，QCL的快速響應(yīng)和高靈敏度使其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)煙塵顆粒的組成和濃度。江西氣體檢測(cè)QCL激光器定制

    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(zhǎng)在－μm范圍，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長(zhǎng)位于－25μm范圍，對(duì)應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強(qiáng)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(cè)。針對(duì)目前溫室氣體多目標(biāo)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)需求，研究人員開(kāi)展了不同形式的探測(cè)方法研究，主要包括地面探測(cè)、地基探測(cè)、機(jī)載探測(cè)和星載探測(cè)，綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器，通過(guò)掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、光譜信號(hào)采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時(shí)空分辨觀測(cè)。 江西氣體檢測(cè)QCL激光器定制