9.68um量子級聯(lián)激光器TDLAS測水分子系統 - 筱曉光子

一、TDLAS系統介紹 

TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡(jiǎn)稱(chēng)，該技術(shù)主要是利用可調諧半導體激光器的窄線(xiàn)寬和波長(cháng)隨注入電流改變的特性實(shí)現對分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線(xiàn)進(jìn)行測量，從而通過(guò)分析光被氣體的選擇性吸收特性，由吸收光譜反演獲得待測氣體濃度。

 二、QCL量子級聯(lián)激光器 

量子級聯(lián)激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于電子在半導體量子阱中導帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導體器件。不同于傳統p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，QCL受激輻射過(guò)程只有電子參與，激射波長(cháng)的選擇可通過(guò)有源區的勢阱和勢壘的能帶裁剪實(shí)現。

中紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）是一種性能*的新型半導體激光器，具有寬波長(cháng)范圍，體積小，單級型結構等優(yōu)勢，隨著(zhù)QCL的發(fā)展，QCL在氣體檢測、空間通訊、紅外對抗、太赫茲成像等方面有著(zhù)很多重要的應用。

我們的9.68um QCL量子級聯(lián)激光器臺式光源輸出功率高，超過(guò)100nm 的可調諧范圍，輸出功率大于 100mw 滿(mǎn)足客戶(hù)測試的工業(yè)需求。我們的激光器內置 Znse 準直鏡，輸出功率、溫度和波長(cháng)穩定性*。

 光譜圖 

 
  三、QCL的TDLAS系統   

很多氣體的特征吸收峰都在中紅外波段，如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等，如下圖：

所以基于QCL的氣體檢測系統是QCL最重要的應用之一，原理示意圖如下：

 四、實(shí)驗測試 

連接步驟：

1，9.68umQCL量子級聯(lián)激光器連接電源，USB線(xiàn)；  2，激光器準直輸出，對準5米氣室的激光輸入端；  3，5米氣室的激光輸出端對準接入MCT探測器；  4，MCT探測器的輸出連接激光器控制盒的前置放大端；  5，激光器控制盒的觸發(fā)端連接示波器通道1，模擬輸出端連接示波器通道2；  6，打開(kāi)激光器，調節電流和溫度，通過(guò)調節軟件參數，在示波器上看水分子的二次諧波吸收譜線(xiàn)。  
 過(guò)程分析：

通過(guò)軟件對溫度和電流進(jìn)行精確控制。驅動(dòng)電路提供低頻三角波掃描電壓，使激光器實(shí)現一定波長(cháng)范圍的掃描，輸出波長(cháng)覆蓋氣體的吸收峰。鎖相放大器提供高頻正弦調制信號，使激光器輸出頻率得到調制。

激光器發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)準直透鏡變?yōu)闇手惫?，進(jìn)入到5米中紅外氣室，之后由光電探測器接收轉換為電流。再由前置放大器放大之后經(jīng)過(guò)鎖相放大器解調輸出二次諧波信號，通過(guò)示波器我們可以觀(guān)察二次諧波信號。我們可以根據激光器的波長(cháng)特性和氣體吸收譜線(xiàn)來(lái)確定氣體最高的吸收峰，并通過(guò)調制各項參數使二次諧波波形*。

根據9.68umQCL 的波長(cháng)調諧曲線(xiàn)，我們通過(guò)查詢(xún)Hitran數據庫得到，在9.6834um處有一個(gè)吸收峰，如下圖所示：

測試結果：

 二次諧波幅值 

 軟件參數界面 

測試結論：

我們的測試結果正好和數據庫相符合。而且在水分子的吸收強度約為1.2e-6這么弱的強度下，測得的二次諧波幅值為600mw,充分驗證了QCL量子級聯(lián)激光器在氣體檢測方面的高靈敏度和指紋特性。

 
  五、產(chǎn)品應用   
 1，NF3氣體測試分析  2，中紅外氣體分析  3，中紅外激光光源   
 
 

NF3氣體吸收譜線(xiàn) 

 
  六、相關(guān)產(chǎn)品介紹