TDLAS能實現(xiàn)"原位、連續(xù)、實時測量",環(huán)境適應(yīng)力強,易于設(shè)備的小型化。因此可以掙脫實驗室的束縛,在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳。比如大氣環(huán)境在線監(jiān)測、發(fā)動機效率檢測、汽車尾氣測量、工業(yè)過程氣體實時監(jiān)測等等。TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長調(diào)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(shù)簡單來說就是這些氣體"分子指紋"的識別系統(tǒng),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(guān)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(xiàn)性能優(yōu)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(tǒng)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(xué)檢測技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)(NDIR)、傅立葉變換光譜技術(shù)(FTIR)、差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)、差分吸收激光雷達技術(shù)(DIAL)、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)(OA-ICOS)、光腔衰蕩光譜技術(shù)(CRDS)、激光外差光譜技術(shù)(LHS)、空間外差光譜技術(shù)(SHS)等。其中,NDIR技術(shù)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(guān)系,進行溫室氣體反演,具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點,但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術(shù)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?qū)崿F(xiàn)多種組分同時監(jiān)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(tǒng)較為復(fù)雜,價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)對氣體遙感探測的光譜技術(shù),具有高精度、遠距離、高空間分辨等優(yōu)點,系統(tǒng)較為復(fù)雜,成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)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(tǒng)的全套解決方案。
直接吸收光譜技術(shù)是通過調(diào)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(shù)。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(shù)值。信號發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅(qū)動器驅(qū)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(xiàn)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(shù),如采用波長調(diào)制技術(shù)對目標(biāo)信號進行高頻調(diào)制,實現(xiàn)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(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調(diào)制信號給激光驅(qū)動器驅(qū)動DFB激光器,激光器輸出調(diào)制光經(jīng)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(zhuǎn)換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進行解調(diào)輸出波長調(diào)制的諧波信號,根據(jù)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(yīng)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(yīng)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(biāo)場景監(jiān)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(shù)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(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程,能夠?qū)崿F(xiàn)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(diào)諧特性。
復(fù)雜生態(tài)環(huán)境溫室氣體不同空間、時間尺度的濃度監(jiān)測是了解溫室氣體源與匯的基礎(chǔ)。目前適應(yīng)生態(tài)環(huán)境溫室氣體長期連續(xù)監(jiān)測的技術(shù)手段仍有待研究。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)是一種非侵入式光譜測量技術(shù),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(lián)激光器(QuantumCascadeLaser,QCL)相結(jié)合,可實現(xiàn)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(qū)域環(huán)境監(jiān)測需求。激光氣體分析利用激光光譜技術(shù),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(yīng)和非接觸式檢測的特點,激光氣體分析儀在工業(yè)過程控制、環(huán)境監(jiān)測、安全與泄漏檢測、醫(yī)療與生命科學(xué)以及科研實驗室等多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 通訊是DFB的主要應(yīng)用,如1310nm,1550nm DFB激光器的應(yīng)用,這里主要介紹非通訊波段DFB激光器的應(yīng)用。湖北國產(chǎn)QCL激光器價格
針對部分疾病,目前已有許多基于 TDLAS 技術(shù)的無創(chuàng)檢測方法,且效果明顯。上海CO2QCL激光器公司
量子級聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級聯(lián)激光器的發(fā)明使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實現(xiàn)成為可能。一般而言,量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)包括量子級聯(lián)激光模塊,控制模塊以及接口模塊。量子級聯(lián)激光器從結(jié)構(gòu)上來說,可以分為分布反饋(DistributedFeedback)QCL,F(xiàn)-P(Fabry-Perot)QCL和外腔(ExternalCavity)QCL。量子級聯(lián)激光器由于其獨特的設(shè)計原理使其具有如下的獨特優(yōu)勢:1:可以提供超寬的光譜范圍(midIRtoTHz)。2:極好的波長可調(diào)諧性。3:很高的輸出功率,同時也可以工作在室溫環(huán)境下。目前國際上已研制出~19μm中遠紅外量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進步,目前量子級聯(lián)激光器不但能以脈沖的方式工作,而且可以在連續(xù)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(nèi),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