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(fā)生器發(fā)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(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,如采用波長調制技術對目標信號進行高頻調制,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。 量子級聯(lián)激光器使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度激光器成為可能,為氣體分析等提供了新型光源。山西標準QCL激光器型號
中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口3-5μm和8-13μm波段,很多氣體的特征吸收峰都在這個波段,如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等,還有一些人體疾病如糖尿病、、胸、肺、精神疾病等特征氣體的吸收譜線也處于此波段,如圖4。不同氣體的特征吸收峰基于QCL的檢測系統(tǒng),具有體積小、檢測速度快、精確度高等特點,可以廣泛的應用在環(huán)境檢測、痕量氣體檢測、醫(yī)療診斷等方面,基于QCL的氣體檢測系統(tǒng)是QCL重要的應用之一,如氣體檢測系統(tǒng)如圖5。相比于傳統(tǒng)的氣體檢測技術(電化學檢測、氣相色譜分析、紅外LED),量子級聯(lián)激光器在氣體檢測的優(yōu)勢如下:1、量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬,可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細結構,因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠高于其他光譜檢測方法,而且系統(tǒng)中不需要分光器件,可以通過調諧QCL的波長,就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。2、QCL的光束質量好,其出射光的發(fā)散角小,可以利用光的反射來設計光學長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程,進而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度,這對于低濃度的氣體檢測十分有效。 湖南氣體檢測QCL激光器TDLAS能實現(xiàn)"原位、連續(xù)、實時測量",環(huán)境適應力強,易于設備的小型化。
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(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(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。
閾值電流密度較低帶間躍遷和子帶間躍遷示意圖常規(guī)半導體激光器是雙極性器件,導帶中的電子與價帶中的空穴復合生成光子,而量子級聯(lián)激光器是單極性器件,只靠導帶中子帶間電子的躍遷產生光子,如圖4所示,電子躍遷的始態(tài)與終態(tài)的曲線的曲率相同,這樣形成的增益譜很窄而且對稱,是量子級聯(lián)激光器能夠低閾值工作的一個原因。當然,QCL的閾值電流密度也與有源區(qū)設計,材料生長以及器件結構有關。尺寸較小圖5量子級聯(lián)激光器實物圖量子級聯(lián)激光器的尺寸較小,如圖5所示,量子級聯(lián)激光器管芯的長度一般為3mm,隨著激光器性能提高,可以將其封裝在方盒內,從而方便地移動和操作。量子級聯(lián)激光器的工作溫度、輸出性能和波長覆蓋范圍在過去的20年取得了迅猛發(fā)展。其中,有兩個里程碑,一個是1997年室溫工作的分布反饋量子級聯(lián)激光器(DFB-QCL)的研制成功,實現(xiàn)了波長為μm和8μm的DFB-QCL的室溫工作,其中μm的激光器300K時峰值功率為60mW;另一個是2002年實現(xiàn)了波長為μm量子級聯(lián)激光器的室溫連續(xù)工作,器件在292K時輸出功率為17mW,比較高連續(xù)工作溫度為321K。 QCL在高靈敏檢測方面具備天然的優(yōu)勢,可能成為呼吸氣體分析技術領域瓶頸的可靠解決方案。
QCL(量子級聯(lián)激光器)激光驅動器是專門設計用于激勵量子級聯(lián)激光器的電子設備。QCL是一種基于半導體材料的激光器,具有較高的效率和可調的波長,廣泛應用于光譜學、激光雷達和通信等領域。QCL激光驅動器的主要功能包括:1.電流控制:提供穩(wěn)定的電流源,以確保QCL在比較好工作狀態(tài)下運行。2.調制功能:能夠對激光輸出進行調制,以實現(xiàn)不同的應用需求,如脈沖激光輸出。3.溫度控制:通常集成溫控系統(tǒng),以保持激光器在穩(wěn)定的溫度環(huán)境中工作,確保性能穩(wěn)定。4.保護功能:具備過流、過溫等保護機制,以防止激光器因異常條件而損壞。選擇合適的QCL激光驅動器時,需要考慮激光器的工作參數、所需的調制頻率和穩(wěn)定性等因素。光譜技術在氣體檢測領域有著廣泛的應用,其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術。天津SF6QCL激光器哪家好
QCL有著非常重要的用途,高精度痕量氣體傳感、自由空間光通信、定向紅外干擾等。山西標準QCL激光器型號
量子級聯(lián)激光器(QuantumCascadeLaser)是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。它是由貝爾實驗室于1994年率先實現(xiàn)。隨著量子級聯(lián)激光器技術的日趨成熟,它開始被較多地應用于科學和工程研究。由于其明顯優(yōu)勢,在氣體檢測領域得到了迅速推廣?;诹孔蛹壜?lián)激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優(yōu)點,特別是在高精度光譜檢測方面所具有的明顯優(yōu)勢,使其成為研究和應用的熱點。量子級聯(lián)激光器(QuantumcascadeLaser,QCL)是基于半導體耦合量子阱子帶(一般為導帶)間的電子躍遷所產生的一種單極性光源。量子(quantum)指的是通過調整有源區(qū)量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距,實現(xiàn)對波長的“裁剪”,另外也指器件的尺寸較小。級聯(lián)(cascade)的意思是有源區(qū)中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入,一級接一級串聯(lián)在一起。激光器(Laser)是指產生特定波長的光源。量子級聯(lián)激光器的波長可以覆蓋在、通信、氣體檢測等領域極具應用價值的中遠紅外波段。 山西標準QCL激光器型號