氣體分析儀主要利用激光光譜技術(shù),通過(guò)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)的激光吸收特性來(lái)檢測(cè)氣體濃度。1.激光吸收光譜原理激光吸收光譜法基于不同氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的激光具有不同的吸收特性。當(dāng)激光光束穿過(guò)氣體樣品時(shí),特定氣體分子會(huì)吸收與其吸收光譜相匹配的激光波長(zhǎng)。通過(guò)測(cè)量吸收后的激光強(qiáng)度變化,可以確定氣體的濃度。2.調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)是激光氣體分析儀**常用的技術(shù)之一。其工作原理如下:激光光源:使用調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為光源,能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)諧激光波長(zhǎng),精確匹配待測(cè)氣體的吸收峰。氣體吸收過(guò)程:激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過(guò)待測(cè)氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長(zhǎng)處具有吸收峰,部分激光能量被吸收,導(dǎo)致光強(qiáng)度減弱。探測(cè)器測(cè)量:激光通過(guò)氣體后,剩余的激光光強(qiáng)被探測(cè)器接收。探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),測(cè)量激光強(qiáng)度的衰減。信號(hào)處理與濃度計(jì)算:分析儀通過(guò)計(jì)算吸收光譜的強(qiáng)度和形狀,使用朗伯-比爾定律(Beer-LambertLaw)來(lái)推導(dǎo)出氣體的濃度。TDLAS技術(shù)的高分辨率和高靈敏度使其能夠準(zhǔn)確檢測(cè)低濃度的氣體。3.光聲光譜(PAS)光聲光譜(PhotoacousticSpectroscopy。 光譜技術(shù)在氣體檢測(cè)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)。安徽氣體檢測(cè)QCL激光器工廠
中紅外溫室氣體激光器在環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣候變化研究中正發(fā)揮著越來(lái)越關(guān)鍵的作用,隨著全球?qū)厥覛怏w減排的日益重視,市場(chǎng)對(duì)高效、精確的氣體檢測(cè)設(shè)備的需求也在不斷攀升。中紅外溫室氣體激光器憑借其的性能和技術(shù)優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為這一領(lǐng)域不可或缺的重要工具。首先,這種激光器能夠精確檢測(cè)諸如二氧化碳、甲烷等主要溫室氣體,其高靈敏度和選擇性使其在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)排放評(píng)估以及城市空氣質(zhì)量檢測(cè)等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。各國(guó)和企業(yè)逐步加強(qiáng)對(duì)溫室氣體排放的監(jiān)管,推動(dòng)了中紅外溫室氣體激光器的廣泛應(yīng)用,比如在城市的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中,這些激光器可以實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù),使得相關(guān)部門(mén)能夠及時(shí)采取措施,改善空氣質(zhì)量,保護(hù)民眾的健康。其次,技術(shù)的不斷進(jìn)步為中紅外溫室氣體激光器的性能提升提供了新的可能。近年來(lái),激光技術(shù)的創(chuàng)新使得這些設(shè)備在體積、功耗和成本方面得到了改善。例如,采用新型材料和工藝,使得激光器的體積更加小巧,便于攜帶和部署,同時(shí)降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。這一趨勢(shì)不僅降低了使用門(mén)檻,也使得中紅外溫室氣體激光器能夠在更多的應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮作用,滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)靈活性和便攜性的需求,甚至可以應(yīng)用于野外勘測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合。 貴州甲烷QCL激光器多少錢(qián)甲烷分子的基頻吸收帶位于在3.3μm附近的中紅外區(qū)域。因此用中紅外激光器探測(cè)甲烷氣體非常有益。
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器,工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子,其激射波長(zhǎng)由半導(dǎo)體材料的禁帶寬度所決定,由于受禁帶寬度的限制,使得半導(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界不多的對(duì)應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)體材料-鉛鹽系材料,其只能在低溫下工作(低于77K),且輸出功率極低,為微瓦級(jí)別。為了使半導(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光,科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論,提出了量子級(jí)聯(lián)激光器的構(gòu)想。量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大,其出射波長(zhǎng)由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定,和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無(wú)關(guān),因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的控制。如圖1.(A)傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器其發(fā)光原理(B)QCL發(fā)光原理。
量子級(jí)聯(lián)激光器是基于多個(gè)量子阱異質(zhì)結(jié)中掩埋次能級(jí)躍遷的單極半導(dǎo)體注入激光器,它們是通過(guò)能帶工程并通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)方法得到的。QCL激光器的輸出波長(zhǎng)依賴(lài)于量子阱和作用區(qū)掩埋層的厚度而不是激光材料的能級(jí)。由于QCL輸出波長(zhǎng)不受帶隙寬度的限制,因而能夠被制成在中紅外波長(zhǎng)區(qū)較寬范圍里輸出。QCL的輸出波長(zhǎng)區(qū)可以從μm到60μm,激光輸出功率可以達(dá)到幾個(gè)mW。QCL在脈沖工作方式下可以工作在室溫下,并且已經(jīng)被用于痕量氣體的光譜檢測(cè),但由于脈沖激光固有特點(diǎn)使其線(xiàn)寬相對(duì)較寬。雖然單模連續(xù)輸出DFB-QCL已早有報(bào)道,但到目前為止,還沒(méi)有痕量氣體檢測(cè)的報(bào)道。鑒于目前中紅外光譜區(qū)傳統(tǒng)激光技術(shù)存在的需要低溫制冷等限制,利用技術(shù)成熟的近紅外激光光源的參量頻率轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)室溫下連續(xù)波中紅外相干光源輸出是一個(gè)有效的補(bǔ)充。在中紅外光譜相干光輸出的參量過(guò)程主要有光參量振蕩(OPO)和差頻變換(DFG)。 可調(diào)諧激光器以其獨(dú)特的波長(zhǎng)可調(diào)諧特性,成為了現(xiàn)代激光科技的重要支柱。
TDLAS技術(shù)具有高靈敏度、高光譜分辨率、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于氣體的痕量探測(cè)。利用氣體吸收譜線(xiàn)隨溫度、氣壓等因素變化的特性,該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體體系溫度、濃度、速度和流量等參數(shù)的測(cè)量。無(wú)干擾、低價(jià)、可小型化等是TDLAS技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。我們致力于發(fā)展高速(微秒級(jí))、高靈敏(ppb級(jí))、可攜帶式的基于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的氣體測(cè)量技術(shù)方法,拓展在航空航天、石油化工和燃燒等領(lǐng)域的應(yīng)用。調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)是激光氣體分析儀**常用的技術(shù)之一。其工作原理如下:激光光源:使用調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為光源,能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)諧激光波長(zhǎng),精確匹配待測(cè)氣體的吸收峰。氣體吸收過(guò)程:激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過(guò)待測(cè)氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長(zhǎng)處具有吸收峰,部分激光能量被吸收,導(dǎo)致光強(qiáng)度減弱。探測(cè)器測(cè)量:激光通過(guò)氣體后,剩余的激光光強(qiáng)被探測(cè)器接收。探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),測(cè)量激光強(qiáng)度的衰減。信號(hào)處理與濃度計(jì)算:分析儀通過(guò)計(jì)算吸收光譜的強(qiáng)度和形狀,使用朗伯-比爾定律(Beer-LambertLaw)來(lái)推導(dǎo)出氣體的濃度。TDLAS技術(shù)的高分辨率和高靈敏度使其能夠準(zhǔn)確檢測(cè)低濃度的氣體。 TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量",環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),易于設(shè)備的小型化。山西氣體檢測(cè)QCL激光器批發(fā)
中紅外光譜是分子的基頻吸收區(qū),對(duì)痕量氣體具有極高的敏感度,這使得它成為溫室氣體監(jiān)測(cè)的理想選擇。安徽氣體檢測(cè)QCL激光器工廠
TDLAS能實(shí)現(xiàn)"原位、連續(xù)、實(shí)時(shí)測(cè)量",環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),易于設(shè)備的小型化。因此可以?huà)昝搶?shí)驗(yàn)室的束縛,在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中大展拳腳。比如大氣環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)效率檢測(cè)、汽車(chē)尾氣測(cè)量、工業(yè)過(guò)程氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等等。TDLAS利用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)調(diào)諧特性,可獲得被選定的待測(cè)氣體特征吸收峰的吸收光譜,從而對(duì)氣體定性或者定量的分析。每種氣體分子的吸收峰受其他氣體吸收干擾很小,所以也稱(chēng)之為"分子的指紋峰"TDLAS技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是這些氣體"分子指紋"的識(shí)別系統(tǒng),具有很強(qiáng)的選擇性。此外,TDLAS的檢測(cè)靈敏度也是較高的,不過(guò)檢出限能達(dá)到怎樣的量級(jí),就和所用光源有著很大的關(guān)系。常見(jiàn)的污染氣體的"指紋峰"主要集中在4μm-10μm,基本是中紅外的天下,所以,作為中紅外激光光源的QCL,則可展現(xiàn)性能優(yōu)勢(shì)。再加之高輸出功率,檢出限可達(dá)到ppb,甚至ppt級(jí)別。這比傳統(tǒng)的近紅外光源所能達(dá)到的水平,整整高出了3~6個(gè)量級(jí)。 安徽氣體檢測(cè)QCL激光器工廠
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