痕量氣體檢測對于很多領(lǐng)域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測,、工業(yè)過程監(jiān)測,、燃燒流場診斷,、人體呼吸氣體檢測等等,。而紅外光譜為分子的振動躍遷光譜,因此在檢測技術(shù)中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關(guān)注的主流方法之一。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR),、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光,。有著更高的光譜分辨率、可以實(shí)現(xiàn)長光程檢測,、不需要額外分光部件,儀器能夠進(jìn)一步小型化等等優(yōu)點(diǎn),。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個波段。相對于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強(qiáng)度比近紅外要大幾個量級,。比如,CH4在3．3um處的吸收強(qiáng)度,是其在1．6um處的163倍,理論檢測下限可達(dá)0．9ppb/m,。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測中,有很好的應(yīng)用,。 光譜技術(shù)在氣體檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,，其中OF-CEAS、CRDS和TDLAS是三種主要技術(shù),。江西氣體檢測QCL激光器定制

    直接吸收光譜技術(shù)是通過調(diào)諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進(jìn)行分析,，并獲取一些重要信息，如吸收譜線強(qiáng)度和增寬系數(shù),。從這些光譜測量得到信息可以推斷出氣體溫度,、濃度、氣流速度以及壓力等參數(shù)值,。信號發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅(qū)動器驅(qū)動DFB激光器,，激光器輸出激光通過待測氣體，光電探測器接收到透射光,，并通過對光強(qiáng)信號進(jìn)行分析,，從而測量得到氣體濃度值。實(shí)現(xiàn)直接吸收光譜檢測透射光容易受到背景噪聲的干擾,、激光器光強(qiáng)波動等因素的影響,，為了減小噪聲的干擾，通常會使用高靈敏光譜技術(shù),，如采用波長調(diào)制技術(shù)對目標(biāo)信號進(jìn)行高頻調(diào)制,，實(shí)現(xiàn)抑制高頻背景噪聲，從而極大提高探測靈敏度和精度,。信號發(fā)生器發(fā)生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調(diào)制信號給激光驅(qū)動器驅(qū)動DFB激光器,，激光器輸出調(diào)制光經(jīng)過待測氣體,，光電探測器接收到吸收后光強(qiáng)，此時將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進(jìn)行解調(diào)輸出波長調(diào)制的諧波信號,，根據(jù)諧波信號的值計(jì)算得到此時氣體濃度值,。 山東國產(chǎn)QCL激光器封裝可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器調(diào)制光譜技術(shù)和二氧化碳檢測技術(shù)可以測得二氧化碳?xì)怏w濃度值。

    QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL,、DFB-QCL和ECqcL,。增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機(jī)制為藍(lán)色,，鍍膜面為橙色,，輸出光束為紅色。1.簡單的結(jié)構(gòu)是F-P腔激光器（FP-QCL）,。在F-P結(jié)構(gòu)中,，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出,。2.第二種結(jié)構(gòu)是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵,。這種結(jié)構(gòu)（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結(jié)構(gòu)低很多,。通過大范圍的溫度調(diào)諧,，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注進(jìn)電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）,。3.第三種結(jié)構(gòu)是將QC芯片和外腔結(jié)合起來,，形成ECqcL。這種結(jié)構(gòu)既可以提供窄光譜輸出,，又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過10ms）,。由于ECqcL結(jié)構(gòu)使用低損耗元件,，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運(yùn)作,。

    作為半導(dǎo)體激光技術(shù)發(fā)展的里程碑，量子級聯(lián)激光器（QCL）使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠,、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能,，為氣體分析等中紅外應(yīng)用提供了新型光源，因此QCL日益受到關(guān)注,。尤其是近10年,，越來越多的科研人員開始研究QCL在氣體檢測方面的應(yīng)用，使得它的優(yōu)勢和潛力被更多的認(rèn)識和挖掘,。中遠(yuǎn)紅外量子級聯(lián)激光器（QCL）眾所周知,，QCL屬于新一代半導(dǎo)體激光器，它的特性不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器,。用中科院半導(dǎo)體所劉峰奇研究員的“兩層含義”解釋,，應(yīng)該更加形象,。首先是量子含義，是指激光器由納米級厚度的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)超薄層構(gòu)成,，利用量子限制效應(yīng),，通過調(diào)節(jié)每層材料的厚度和子帶間距，從而調(diào)節(jié)波長,；其次是級聯(lián)含義,，它的有源區(qū)由多級耦合量子阱串接組成，可實(shí)現(xiàn)單電子注入的倍增光子輸出,，可望獲得大功率,，而普通的半導(dǎo)體激光器是利用電子空穴對的復(fù)合發(fā)射光子，這是普通激光器不具備的一個性能,。 提供從QCL光源,、MCT探測器等模塊組件，再到激光氣體分析系統(tǒng)的全套解決方案,。

    TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技術(shù)利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的特性,，通過調(diào)制激光器的波長，使其掃描被測氣體分子的吸收峰,，從而實(shí)現(xiàn)對氣體分子濃度的測量,。該技術(shù)通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數(shù)量，具有高精度和無接觸的特點(diǎn),。調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜（TDLAS）技術(shù)是激光吸收光譜（LAS）技術(shù)的一種,。根據(jù)激光器的不同驅(qū)動形式，激光吸收光譜（LAS）技術(shù)可以分為：直接吸收法和調(diào)制吸收法,。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)：直接吸收法：需要鎖定激光器驅(qū)動電流,，不需加載2f諧波信號，結(jié)構(gòu)簡單,，成本低,，但容易受干擾，尤其是低頻干擾,，所以靈敏度相對低些,。調(diào)制吸收法：需要給到激光器鋸齒波驅(qū)動電流信號，同時需要加載2f諧波信號到驅(qū)動電流上,，結(jié)構(gòu)會相對復(fù)雜一些,，成本要比直接吸收法高一些，但是靈敏度高,，能夠避開低頻干擾,。其中又進(jìn)一步分為波長調(diào)制類和頻率調(diào)制類，波長調(diào)制類需要更大的調(diào)諧范圍，頻率調(diào)制類需要很高的掃描頻率和調(diào)制頻率,，技術(shù)復(fù)雜,，靈敏度更高。 紅外氣體傳感器是通過測量被測氣體在特定的紅外波段吸收了多少光的能量來計(jì)算濃度的,。廣東甲烷QCL激光器工廠

在工業(yè)污染分析中,，QCL的快速響應(yīng)和高靈敏度使其能夠?qū)崟r監(jiān)測煙塵顆粒的組成和濃度。江西氣體檢測QCL激光器定制

    大氣中CO2,、CH4,、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍,，對應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶,，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶,，吸收強(qiáng)度要明顯高于近紅外波段,，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標(biāo)場景監(jiān)測需求,，研究人員開展了不同形式的探測方法研究,，主要包括地面探測、地基探測,、機(jī)載探測和星載探測,，綜合運(yùn)用各種吸收光譜技術(shù)和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜,，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換,、光譜信號采集、濃度算法解析,、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程,，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 江西氣體檢測QCL激光器定制