在气体检测领域,许多气体分子在中红外和远红外波段具有特征吸收峰。利用QCL激光器发射的特定波长激光,可以实现对这些气体的高灵敏度检测。与传统的检测方法相比,QCL激光器具有更高的选择性和灵敏度,能够检测到更低浓度的气体,为环境监测、工业安全等领域提供了有力的技术支持。在光谱分析方面,QCL激光器可以...
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。 可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)是一种 具有高分辨率、高灵敏度、快速检测特点的气体检测 技术。江西二氧化碳QCL激光器哪家好
TDLAS技术具有高灵敏度、高光谱分辨率、快速响应等优点,广泛应用于气体的痕量探测。利用气体吸收谱线随温度、气压等因素变化的特性,该技术可实现对气体体系温度、浓度、速度和流量等参数的测量。无干扰、低价、可小型化等是TDLAS技术的主要优点。我们致力于发展高速(微秒级)、高灵敏(ppb级)、可携带式的基于可调谐半导体激光器的气体测量技术方法,拓展在航空航天、石油化工和燃烧等领域的应用。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。 广东甲烷QCL激光器工厂QCL在高灵敏检测方面具备天然的优势,可能成为呼吸气体分析技术领域瓶颈的可靠解决方案。
当红外辐射的能量与气体分子振动跃迁所需的能量相匹配时,气体分子会吸收特定波长的红外光,导致透过光的强度减弱,从而形成特征吸收峰。辐射光子的能量与分子振动跃迁的能量差相等。l分子振动伴随偶极矩的变化(红外活性)。分子在红外光谱中表现出基频、倍频和组合频吸收峰。l每种气体分子具有独特的红外吸收谱带,这种特征吸收峰可以用来识别气体种类。绝大多数气态化学物质在中红外光谱区(≈2-25µm)都显示出基本的振动吸收带,这些基本带对光的吸收提供了一种几乎通用的检测手段。光学技术的主要特征是对痕量气体的非侵入式原位检测能力。目前中红外激光在定量痕量气体检测中的应用必将代替近红外成为下一代高精度的选择。进入21世纪全球环境问题日益突出,各国都在在努力减少温室气体排放。二氧化碳(CO2)通常被称为温室气体,但其他使全球环境恶化的气体还包括二氧化硫(SO2)和二氧化氮(NO2)。此外,在气体泄漏检测和性气体的集中监控是预防灾难中激光法可以采取有效报警措施从而可以避免风险于灾难之前。激光吸收光谱法是检测微量气体的方法之一。它使用分布式反馈激光二极管(DFB-LD)检测某种气体,该二极管具有特定于该气体的光吸收波长。
在环境污染分子的监测分析中,典型的应用有、、。近红外光谱的一个优点是压力加宽不是一个很大的问题,因此可以在近大气压或开放光程工作。缺点是有许多分子在该谱区没有吸收,虽然在测量复杂混合物时,这也许是一个优点。中红外波段工作在3-13μm的“指纹”区,是气体分子基带吸收。这个波段分子吸收线的强度比近红外波段要大几个量级。如:CH4在,理论检测下限可达;CO在,理论检测可达。通常分子在这个波段的振动和转动光谱谱线非常丰富密集,典型的光谱线宽约为2×10-3cm-1(~60MHz)。中红外波段激光光谱技术目前主要受到激光光源的限制,但近几年来,随着红外激光技术的发展和新型中红外相干光源技术的发展,在中红外波段进***体分子的超高灵敏检测技术有了长足的进步。 DFB激光器由于具有良好的单色性,窄线宽特性和频率调谐特性。
2002年之后,带间级联激光器在美国喷气推进实验室(JPL)取得了更加快速的发展,在低阈值电流、高工作温度以及长波长等方向上都取得了瞩目的成果。其中**重要的是2005年,研究人员制作出的单纵模分布反馈式激光器(DFB)可以实现甲烷气体的检测。并于2007年交付美国国家航空航天局(NASA)的好奇号进行火星的甲烷探测。2008年,美国海军实验室(NRL)经过多年优化和发展,终于实现了里程碑式的***台室温连续激射的带间级联激光器,连续波**高工作温度可达319K,激射波长为μm。2011年,美国海军实验室在材料设计的基础上,又进一步提出了“载流子再平衡”的概念,解决了有源区中电子和空穴的数量不均等问题,通过改变电子注入区中的掺杂浓度,平衡有源区中过高的空穴浓度。之后,德国伍兹堡大学在“载流子再平衡”的基础上,提出了短注入区的设计。2014年,美国海军实验室通过增加有源级联区的周期数及分别限制层的厚度,进一步提高了带间级联激光器的器件指标,其室温连续输出功率达592mW,输出特性以及输出波长如图3和4所示。这也是目前带间级联激光器输出功率的**高指标,并在2015年成功制作级联数为10的带间级联激光器。 TDLAS利用半导体激光器的波长调谐特性,可获得待测气体特征吸收峰的吸收光谱,对气体定量的分析。天津水QCL激光器哪家好
量子级联激光器使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度激光器成为可能,为气体分析等提供了新型光源。江西二氧化碳QCL激光器哪家好
1994年4月,贝尔实验室在《科学》上报道了***个子带间量子级联激光器。带间级联和量子级联激光器的研究都源于早期对于半导体超晶格的研究以及通过子带间跃迁实现激光器的探索。在带间级联激光器提出的2~3年内,空穴注入区就已经提出并加入到了带间级联激光器的结构中。同时,W型二类量子阱的概念也被提出,并取代了原先的单边型的二类量子阱。空穴注入区和W型有源区的设计直到***也一直被采用。1997年,由休斯顿大学和桑迪亚国家实验室合作完成的***台可达170K低温工作的带间级联激光器被报道出来,此后,对于二类量子阱的研究也取得了一定进展,而带间级联激光器也在1998~2000年工作温度逐渐提升至250~286K,微分量子效率超过了传统极限的100%,从而证实了级联过程。里程碑式的突破是在2002年,研究人员Yang等实现了***台室温脉冲激射的带间级联激光器,由18个周期构成。 江西二氧化碳QCL激光器哪家好
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