TDLAS氣體分析主流產(chǎn)品簡介（上）

本文主要介紹TDLAS技術(shù)優(yōu)勢，以及常用于TDLAS分析系統(tǒng)的激光器，和海爾欣相關(guān)科研級(jí)模塊產(chǎn)品。

中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）是一種性能*的新型半導(dǎo)體激光器，隨著QCL的發(fā)展，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）在痕量氣體分析領(lǐng)域獲得了更廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的非色散紅外光譜分析技術(shù)（NDIR），基于TDLAS技術(shù)的氣體分析技術(shù)具有難以取代的優(yōu)勢。

   目前市面上的主流氣體分析產(chǎn)品多數(shù)采用NDIR技術(shù)，其缺點(diǎn)包含：

1. 復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)使得系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，難以滿足實(shí)時(shí)響應(yīng)需求；

1. 受背景氣體（如水汽）的交叉干擾嚴(yán)重，并且樣氣中的粉塵引起誤差，影響濃度測量準(zhǔn)確度；
2. 單點(diǎn)采樣使得測量數(shù)據(jù)不具有代表性；
3. 易于發(fā)生漂移，降低數(shù)據(jù)可靠性，且因?yàn)樾枰?jīng)常標(biāo)定，維護(hù)成本高。

TDLAS也是一種紅外吸收光譜技術(shù)，基本原理是通過分析光被氣體的選擇性吸收，由吸收光譜反演獲得待測氣體濃度。由于TDLAS技術(shù)采用了半導(dǎo)體激光光源，光譜線寬遠(yuǎn)小于待測氣體單根吸收譜線的線寬，頻率掃描范圍可避開其他氣體吸收譜線，有效避免交叉干擾。其優(yōu)點(diǎn)如下：

1. 高靈敏度和高選擇性：可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的線寬低至10^-4波數(shù)(cm^-1)，而一般分子的吸收線的線寬在10^-2 cm^-1量級(jí)，將激光器的輸出波長調(diào)諧到選定的分子吸收峰中心頻率，可避開其他氣體組分的干擾；

1. 響應(yīng)快速：脈沖式的可調(diào)諧激光器的脈沖沿上升時(shí)間在納秒級(jí)別（10^-9 s），允許它們在很小的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，在毫秒范圍內(nèi)能對幾種波長進(jìn)行掃描；
2. 相同樣氣多組分測量：可調(diào)諧激光器的波長覆蓋了大多數(shù)氣體的吸收峰，因而可以檢測的氣體種類多,只要更換激光器，同樣的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多種氣體監(jiān)測；
3. 實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測：傳統(tǒng)的檢測方法大都需要采樣及預(yù)處理過程，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。TDLAS可以實(shí)現(xiàn)原位監(jiān)測，無需任何預(yù)處理過程；
4. 實(shí)現(xiàn)區(qū)域監(jiān)測：傳統(tǒng)的檢測方法由于單點(diǎn)采樣，數(shù)據(jù)可能不夠具有代表性，難以滿足區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測要求。TDLAS技術(shù)結(jié)合開放式光路和長光程設(shè)計(jì)，可以反映幾百米，甚至幾千米區(qū)域內(nèi)的氣體濃度信息；
5. 遠(yuǎn)距離遙感：可調(diào)諧激光器很容易進(jìn)行準(zhǔn)直、聚焦等操作，并且紅外無需接觸測量，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙感。

常用于TDLAS系統(tǒng)的激光器

TDLAS系統(tǒng)的主要部件為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，以下介紹常見的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器及其特性：

FP（Fabry-Perot Laser，法布里-珀羅）激光器：輸出功率大（可達(dá)瓦級(jí)），一般為多模輸出，且因?yàn)楣庾V線寬較寬，難以滿足對精度要求高的痕量氣體分析需求。

DFB（Distributed Feedback Laser，分布反饋式）激光器：輸出功率比FP激光器低很多（多幾十個(gè)毫瓦），可以輸出較窄（0.01 nm量級(jí)）的光譜，并能夠通過溫度調(diào)諧提供有限的波長調(diào)諧（幾個(gè)波數(shù)）。DFB激光器是目前市面上TDLAS系統(tǒng)中常見的激光器，其輸出線寬小于10MHz，而傳統(tǒng)NDIR紅外光源的線寬則達(dá)到數(shù)百GHz。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射）激光器：優(yōu)點(diǎn)是線寬較窄（0.1 nm量級(jí)）且波長對溫度漂移較小，然而只能實(shí)現(xiàn)從0.760-2.4 μm之間的部分波長。

海爾欣與QCL和MCT芯片廠商合作，研發(fā)用于工業(yè)領(lǐng)域過程監(jiān)控和氣體傳感器件，包含激光器，探測器，驅(qū)動(dòng)器，安裝座和信號(hào)處理模塊。若您處于開發(fā)或研究的初期階段，我們同時(shí)也提供一系列激光安裝座和驅(qū)動(dòng)器，長光程氣體池，MCT探測器，TDLAS鎖相模塊。

海爾欣以瑞士Alpes公司，日本住友電工，美國Thorlabs和Adtech Photonics公司的分布反饋式量子級(jí)聯(lián)激光器（DFB-QCL）為基礎(chǔ)元器件，通過相關(guān)的封裝和準(zhǔn)直工藝，整合成一整套量子級(jí)聯(lián)準(zhǔn)直激光發(fā)射模塊。無論您需要連續(xù)輸出，脈沖輸出，定制中心波長，寬調(diào)諧，線寬<5 MHz，輸出功率達(dá)到百毫瓦級(jí)，還是高性價(jià)比的工業(yè)批量器件，請與我們聯(lián)系，我們將幫您選擇3到13 μm及以上的中紅外激光器。我們的激光發(fā)射器主要產(chǎn)品為：

QC-Qube^TM迷你全功能量子級(jí)聯(lián)激光發(fā)射單元（世界上較小的具備氣密，溫控，散熱，準(zhǔn)直功能的中紅外激光器）

HPQCL-Q^TM標(biāo)準(zhǔn)中紅外量子級(jí)聯(lián)激光器（全功能且含共軸紅光，方便用戶觀察及調(diào)光）

HPQCL-H^TM工業(yè)級(jí)HHL封裝量子級(jí)聯(lián)激光器（高性價(jià)比，高可靠）