咨询热线

18602170419

当前位置:首页  >  技术文章  >  中红外激光器在气体分析领域的研究价值

中红外激光器在气体分析领域的研究价值

发布时间:2022-02-22      点击次数:192

背景介绍

气体检测分子吸收

 

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。我们将主要讨论连续波中红外激光光谱以及中红外光谱激光应用。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世纪环境问题日益突出,各国政府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,在气体泄漏检测和爆炸性气体的集中监控是预防灾难中我们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。由于气体的光吸收在长波长区域变强,因此超过2000nm的近红外至中红外DFB-LD已经用于气体检测。DFB-LD的光谱表征非常重要,因为该方法的测量能力受DFB-LD的边模抑制比(SMSR)性能的很大影响。适用的模型是可以测量近红外和/或中红外光的光谱分析仪。它们提供的动态范围足够宽,可以测量传统分光镜无法观察到的50dB或更高的DFB-LD SMSR,这里我们不做赘述,下一期我们会专门讨论。

 

图1 

 

 

 

空间通讯

 

中红外激光可以在大气中远距离传输。中红外还包含两个主要的大气传输窗口(3-5µm和8-12µm区域),其中大气中主要成分的吸收非常低,如图2所示。可以远距离传播,从而在国防和自由空间通信2中有多种应用。

 

 

 

 

 

 

 图2 

 

 

 


筱晓光子可以提供的气体检测分子吸收激光器介绍

我们公司主要可以做以下QCL检测气体方案(每个波长年供应量500-1000pcs):

 

 

Gas CH4 CO2 CO NO2 NO SO2
Wavelenght(µm) 7.657 4.232 4.602 6.238 7.576 5.271 7.273 8.681
Gas H2S N2O H2CO NH3 SF6
Wavelenght(µm) 7.734 4.47 7.782 5.727 8.006 8.569 6.15 10.6

 

 


 

 

我们拥有中红外半导体分析测试评估能力

光谱分析测试

 

 


以5.26um DFB-QCL激光器在25℃下的波长电流光谱图测试为例:

 

 

 

 

黄线:150mA,5267.08nm;

 

 

 

红线:165mA,5269.48nm;
绿线:180mA,5271.52nm;
粉线:195mA,5274.60nm;
蓝线:210mA,5278.28nm。

 

 

光束质量分析(5.26um DFB-QCL激光器在25℃):

 

 

 

测试相机Pixel size=5μm,高斯拟合光斑直径为320μm。

 

 

 

可以批量供货的MIR-DFB的半导体激光器介绍

 

 

工作波长 (nm) 气体类型 应用领域 供应能力
1814, 2270, 2670, 3420 Nitrogen oxides (NOX) Environment, Health

1814/2270nm量产

2670,3420nm小批量验证

1877, 2682 Water vapor (H2O) Environment, Automotive, Process control 1877, 2682nm量产
2004, 2770 Carbon dioxide (CO2) Environment, Automotive, Process control, Health

2004nm量产

2770nm暂无

2330, 2327 Carbon monoxide (CO) Environment, Health, Process control, Safety 2330, 2327nm量产
3030 Acetylene (C2H2) Health, Process control, Safety 3030nm小批量供货
3270 Methane (CH4) Environment, Health, Process control, Safety 3270nm小批量供货
3560 Formaldehyde (CH2O) Environment, Safety 3560nm小批量供货

 

 


 

 

典型光谱图

 

 


 

 

 

 

 

筱晓光子可以提供用于高功率空间通讯的激光器(3-5um,8-12um)

 

 


 

 

通讯波段QCL波长 4.0um 4.6um 9.0um 10.56um
最输出功率 300mw 500mw 500mw 500mw

 

 


 

 

展望LWIR波段

 

 

 

目前受限于半导体工艺波长限制,如下很多长波的气体我们目前还不好测试,但是我们相信随着半导体芯片的研发深入,会有更多的气体应用得到挖掘。


Examples of detectable gases

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献:

1、J. Hecht, “Photonic Frontiers: Laser countermeasures: scaling down mid-IR laser countermeasures for smaller aircraft”, Laser focus world, 2014.

2、N. S. Prasad, “Optical communications in the mid-wave IR spectral band”. In: Free-space laser communications. Optical and fiber communications reports, 2005, vol 2, p. 347-391.