9.68um量子級聯(lián)激光器TDLAS測水分子系統(tǒng) - 筱曉光子

一、TDLAS系統(tǒng)介紹 

TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡稱，該技術(shù)主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測量，從而通過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(dǎo)體量子阱中導(dǎo)帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導(dǎo)體器件。不同于傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，QCL受激輻射過程只有電子參與，激射波長的選擇可通過有源區(qū)的勢阱和勢壘的能帶裁剪實現(xiàn)。

中紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）是一種性能*的新型半導(dǎo)體激光器，具有寬波長范圍，體積小，單級型結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，隨著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很多重要的應(yīng)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100nm 的可調(diào)諧范圍，輸出功率大于 100mw 滿足客戶測試的工業(yè)需求。我們的激光器內(nèi)置 Znse 準(zhǔn)直鏡，輸出功率、溫度和波長穩(wěn)定性*。

 光譜圖 

 
  三、QCL的TDLAS系統(tǒng)   

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(tǒng)是QCL最重要的應(yīng)用之一，原理示意圖如下：

 四、實驗測試 

連接步驟：

1，9.68umQCL量子級聯(lián)激光器連接電源，USB線；  2，激光器準(zhǔn)直輸出，對準(zhǔn)5米氣室的激光輸入端；  3，5米氣室的激光輸出端對準(zhǔn)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，打開激光器，調(diào)節(jié)電流和溫度，通過調(diào)節(jié)軟件參數(shù)，在示波器上看水分子的二次諧波吸收譜線。  
 過程分析：

通過軟件對溫度和電流進(jìn)行精確控制。驅(qū)動電路提供低頻三角波掃描電壓，使激光器實現(xiàn)一定波長范圍的掃描，輸出波長覆蓋氣體的吸收峰。鎖相放大器提供高頻正弦調(diào)制信號，使激光器輸出頻率得到調(diào)制。

激光器發(fā)出的光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡變?yōu)闇?zhǔn)直光，進(jìn)入到5米中紅外氣室，之后由光電探測器接收轉(zhuǎn)換為電流。再由前置放大器放大之后經(jīng)過鎖相放大器解調(diào)輸出二次諧波信號，通過示波器我們可以觀察二次諧波信號。我們可以根據(jù)激光器的波長特性和氣體吸收譜線來確定氣體最高的吸收峰，并通過調(diào)制各項參數(shù)使二次諧波波形*。

根據(jù)9.68umQCL 的波長調(diào)諧曲線，我們通過查詢Hitran數(shù)據(jù)庫得到，在9.6834um處有一個吸收峰，如下圖所示：

測試結(jié)果：

 二次諧波幅值 

 軟件參數(shù)界面 

測試結(jié)論：

我們的測試結(jié)果正好和數(shù)據(jù)庫相符合。而且在水分子的吸收強(qiáng)度約為1.2e-6這么弱的強(qiáng)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(yīng)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 

 
  六、相關(guān)產(chǎn)品介紹