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9.68um量子级联激光器TDLAS测水分子系统 - 筱晓光子实验分析① 2021-09-16


一、TDLAS系统介绍 



TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称,该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量,从而通过分析光被气体的选择性吸收特性,由吸收光谱反演获得待测气体浓度。

 二、QCL量子级联激光器 


量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。不同于传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,QCL受激辐射过程只有电子参与,激射波长的选择可通过有源区的势阱和势垒的能带裁剪实现。


中红外量子级联激光器(QCL)是一种性能优越的新型半导体激光器,具有宽波长范围,体积小,单级型结构等优势,随着QCL的发展,QCL在气体检测、空间通讯、红外对抗、太赫兹成像等方面有着很多重要的应用。


我们的9.68um QCL量子级联激光器台式光源输出功率高,超过100nm 的可调谐范围,输出功率大于 100mw 满足客户测试的工业需求。我们的激光器内置 Znse 准直镜,输出功率、温度和波长稳定性极高。



微信图片_20210916092053.jpg





 光谱图 


 
  三、QCL的TDLAS系统   

很多气体的特征吸收峰都在中红外波段,如NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等,如下图:


微信图片_20210916092111.jpg


所以基于QCL的气体检测系统是QCL最重要的应用之一,原理示意图如下:


微信图片_20210916092128.jpg



 四、实验测试 


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连接步骤:

1,9.68umQCL量子级联激光器连接电源,USB线;  2,激光器准直输出,对准5米气室的激光输入端;  3,5米气室的激光输出端对准接入MCT探测器;  4,MCT探测器的输出连接激光器控制盒的前置放大端;  5,激光器控制盒的触发端连接示波器通道1,模拟输出端连接示波器通道2;  6,打开激光器,调节电流和温度,通过调节软件参数,在示波器上看水分子的二次谐波吸收谱线。  
 过程分析:

通过软件对温度和电流进行精确控制。驱动电路提供低频三角波扫描电压,使激光器实现一定波长范围的扫描,输出波长覆盖气体的吸收峰。锁相放大器提供高频正弦调制信号,使激光器输出频率得到调制。


激光器发出的光,经过准直透镜变为准直光,进入到5米中红外气室,之后由光电探测器接收转换为电流。再由前置放大器放大之后经过锁相放大器解调输出二次谐波信号,通过示波器我们可以观察二次谐波信号。我们可以根据激光器的波长特性和气体吸收谱线来确定气体最高的吸收峰,并通过调制各项参数使二次谐波波形最优。


根据9.68umQCL 的波长调谐曲线,我们通过查询Hitran数据库得到,在9.6834um处有一个吸收峰,如下图所示:


测试结果:


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 二次谐波幅值 


微信图片_20210916092218.jpg




 软件参数界面 


 

测试结论:

我们的测试结果正好和数据库相符合。而且在水分子的吸收强度约为1.2e-6这么弱的强度下,测得的二次谐波幅值为600mw,充分验证了QCL量子级联激光器在气体检测方面的高灵敏度和指纹特性。


 
  五、产品应用   
 1,NF3气体测试分析  2,中红外气体分析  3,中红外激光光源  微信图片_20210916092235.jpg  
 
 




NF3气体吸收谱线 


 
  六、相关产品介绍   

9.68umQCL

(4-12umQCL可定制) 

QCL9680-9.68um高功耗台式DFB-QCL中红外量子级联激光器是筱晓开发出的中红外测试激光光源,大气窗口低损耗有利于空间光通讯测试研究。

我们的台式光源功率高,不需要ITAR审核,是目前商用中红外测试光源的第一选择。超过100nm的可调谐范围,输出功率大于100mw满足客户测试的工业需求。

我们的激光器内置Znse准直镜,输出功率、温度和波长稳定性极高,比传统大功耗的量子级联激光器的稳定性高出好几个数量级。

5米长光程小型化Mini中红外气体吸收池

HC-5-MIR 5米长光程气体吸收池可应用于光谱分析检测,坚固,紧凑的气室采用了中空光纤盘绕,其排列非常简单。在中空纤维中,

探测光束和分析物重叠,从而实现了灵敏的激光吸收光谱,并以最小的样品量进行痕量气体和同位素分析。

中红外5米光程简波宽带气室

LD-PD简波宽带气室主要针对红外傅里叶等光谱技术应用。气室结构采用简波气室结构,探测光为中远红外非相干光源,

针对高温和耐腐蚀需要,以方便被测气体的测量,开发了主体和光学组件均采用经过防腐蚀处理的特殊金属材料,可以在湿热腐蚀气体条件下长期稳定可靠工作。

2-12μm碲镉汞(MCT)中红外光电探测器

MCT-12-4TE放大探测器是一种热电冷却光电导HgCdTe(碲镉汞,MCT)探测器。这种材料对2.0到12 μm的中红外光谱波段光波敏感。

半导体制冷片(TEC)采用一个热敏电阻反馈电路对探测器元件的温度控制在-30 °C,从而将热变化对输出信号的影响最小化。


 













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