海南HerriotQCL激光器公司

时间:2025年03月25日 来源:

    气体分析仪主要利用激光光谱技术,通过气体对特定波长的激光吸收特性来检测气体浓度。1.激光吸收光谱原理激光吸收光谱法基于不同气体分子对特定波长的激光具有不同的吸收特性。当激光光束穿过气体样品时,特定气体分子会吸收与其吸收光谱相匹配的激光波长。通过测量吸收后的激光强度变化,可以确定气体的浓度。2.调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是激光气体分析仪**常用的技术之一。其工作原理如下:激光光源:使用调谐半导体激光器作为光源,能够在特定的窄波段范围内快速调谐激光波长,精确匹配待测气体的吸收峰。气体吸收过程:激光器发射的窄带单色激光穿过待测气体样品。由于特定气体分子在特定波长处具有吸收峰,部分激光能量被吸收,导致光强度减弱。探测器测量:激光通过气体后,剩余的激光光强被探测器接收。探测器将光信号转换为电信号,测量激光强度的衰减。信号处理与浓度计算:分析仪通过计算吸收光谱的强度和形状,使用朗伯-比尔定律(Beer-LambertLaw)来推导出气体的浓度。TDLAS技术的高分辨率和高灵敏度使其能够准确检测低浓度的气体。3.光声光谱(PAS)光声光谱(PhotoacousticSpectroscopy。 TDLAS利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流变化,对分子的单个或几个相近的吸收线进行测量。海南HerriotQCL激光器公司

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    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。 西藏加工QCL激光器封装在光谱学领域,可调谐激光器可以用于精确测量物质的光谱特性;

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    激光器的发展里程碑如下:1960年发明的固态激光器和气体激光器,1962年发明的双极型半导体激光器和1994年发明的单极型量子级联激光器(QCL)是激光领域的三个重大性里程碑。量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定,填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与,其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转,从而实现单电子注入的多光子输出,并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子"循环"起来,从而造就了一种令人惊叹的激光器。因此,量子级联激光器的发明被视为半导体激光理论的一次和里程碑。

    QCL激光器的基本结构包括FP-QCL(上图)、DFB-QCL(中图)和ECqcL(下图)。增益介质显示为灰色,波长选择机制为蓝色,镀膜面为橙色,输出光束为红色。1.**简单的结构是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P结构中,切割面为激光提供反馈,有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构(DFB-QCL)可以输出较窄的光谱,但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过**大范围的温度调谐,DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐(通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围,或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围)。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来,形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出,又可以在QC芯片整个增益带宽上(数百cm-1)提供快调谐(速度超过10ms)。由于ECqcL结构使用低损耗元件,因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 QCL的光束质量好,可以利用光的反射来设计光学长程池从而增加系统的吸收光程,提高系统的灵敏度。

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    可调谐半导体激光吸收光谱(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条**的气体吸收线。为了实现比较高的选择性,分析一般在低压下进行,这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的,现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术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。可调谐半导体激光器,目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面发射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器。 TDLAS能实现"原位、连续、实时测量",环境适应力强,易于设备的小型化。上海国产QCL激光器批发

DFB激光器能避免其他背景气体的交叉干扰,使检测系统具有较好的测量精度。海南HerriotQCL激光器公司

    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。 海南HerriotQCL激光器公司

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