TDLAS可(kě)調諧半(bàn)導體(tǐ)激光吸收(shōu)光(guāng)譜(pǔ)是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡稱，主要是利用可(kě)調諧半導(dǎo)體(tǐ)激光器(qì)的窄(zhǎi)綫寬(kuān)和波長隨(suí)注(zhù)入(rù)電(diàn)流(liú)改變的特性實現對(duì)分子的單個(gè)或幾(jī)個距(jù)離(lí)很(hěn)近(jìn)很難分(fēn)辨的吸收綫進行(háng)測(cè)量。在氣(qì)體檢測應用上，具(jù)備(bèi)高靈敏度，高選(xuǎn)擇(zé)性，可(kě)以實現實(shí)時(shí)動態測量(liáng)，可以實現(xiàn)多組(zǔ)分測(cè)量(liáng)，且TDLAS容易係統(tǒng)集(jí)成，實現在綫(xiàn)工業(yè)檢測(cè)。所以近十年(nián)TDLAS技(jì)術無論在科研應用和商業(yè)市場上都有了迅猛的發(fā)展(zhǎn)。

本文(wén)以TDLAS應(yīng)用舉(jǔ)例(lì)介紹美(měi)國Bristol Instruments公(gōng)司771係列激光(guāng)頻(pín)譜分析儀(yí)可(kě)用(yòng)於準確於快(kuài)速(sù)的評測TDLAS係(xì)統(tǒng)中的(dí)可(kě)調(tiáo)諧激光(guāng)器(qì)。

激(jī)光頻譜(pǔ)測試(shì)界(jiè)麵實例

一 .快速準確(què)的評估激光器的當前調諧波長與邊模(mó)抑製(zhì)比：

圖一.不(bù)同(tóng)氣體組分(fēn)的吸收(shōu)峰(fēng)

如圖(tú)1所示(shì)，每種(zhǒng)氣體組分(fēn)均(jūn)具(jù)備(bèi)豐(fēng)富的氣體吸收峰(fēng)，且(qiě)不(bù)同(tóng)氣體(tǐ)組(zǔ)分的(dí)吸(xī)收峰(fēng)光(guāng)譜帶會有一定程度的(dí)靠(kào)近(jìn)甚至交(jiāo)叉(chā)，因(yīn)此(cǐ)需要我(wǒ)們利(lì)用窄綫寬可(kě)調諧(xié)激光器(qì)，把激光(guāng)器(qì)的輸出波長(cháng)精確的(dí)調(tiáo)諧到(dào)待(dài)測氣體(tǐ)組(zǔ)分的(dí)吸(xī)收峰(fēng)，且盡量(liáng)保證(zhèng)任何其他氣(qì)體組(zǔ)分(fēn)在此(cǐ)激(jī)光輸(shū)出附(fù)近沒有(yǒu)吸收峰，從而盡可能的(dí)提(tí)升(shēng)並保證待測氣體檢(jiǎn)測靈(líng)敏度與(yǔ)待測氣體濃度檢(jiǎn)測的(dí)選擇(zé)性與準(zhǔn)確度。

圖二. SMSR邊模抑(yì)製比(bǐ)

如圖2所(suǒ)示，一個足夠優秀的激(jī)光具(jù)備很高(gāo)的SMSR邊(biān)模抑製比，本(běn)例(lì)激光的邊(biān)模(mó)強(qiáng)度大致是(shì)激(jī)光(guāng)主模輸出強(qiáng)度(dù)的(dí)-48dB；足以(yǐ)保(bǎo)證(zhèng)實(shí)際應(yīng)用環境(jìng)下(xià)邊模輸出下對應(yīng)的其他環境氣體(tǐ)吸(xī)收不(bù)至於影響(xiǎng)到待(dài)測氣體(tǐ)吸收測試的(dí)準確(què)度(dù)。

圖三. 771A-NIR激(jī)光(guāng)頻譜(pǔ)分(fēn)析儀(yí)實測(cè)圖

  如圖(tú)三所(suǒ)示，771A-NIR激(jī)光(guāng)頻譜分析(xī)儀實測(cè)圖，測(cè)試到一(yī)台不足夠優(yōu)秀(xiù)的分布反饋激光器含有(yǒu)一個稍(shāo)強(qiáng)的(dí)旁(páng)帶(dài)邊模(mó)，測試(shì)數(shù)據(jù)如(rú)下：

實(shí)測(cè)數據(jù)解說(shuō)：

771A-NIR激(jī)光頻譜分(fēn)析儀(yí)的0.01pm波長測(cè)試分(fēn)辨率(shuài)和(hé)0.2pm波長測試絕對(duì)準確度足以準(zhǔn)確(què)標定當前(qián)調(tiáo)諧波長，

被(bèi)測(cè)激光(guāng)器的主模輸出1532.82803 nm；有一(yī)個邊模(mó)波(bō)長在1531.79267 nm；與主模(mó)的強(qiáng)度(dù)差-29.27dB；一般性判定(dìng)尚不足以影響到(dào)TDLAS測(cè)試準確度(dù)。如果科(kē)研(yán)人(rén)員(yuán)或TDALS設(shè)備生產(chǎn)廠家精益(yì)求精的話(huà)，可以(yǐ)在氣體(tǐ)吸(xī)收(shōu)譜(pǔ)庫(kù)內(nèi)查詢(xún)最強邊模(mó)波長點處有無其他(tā)氣體的吸收峰(fēng)，萬(wàn)一待測(cè)混合氣(qì)體正(zhèng)好有落(là)在(zài)激光邊模波長的吸收峰(fēng)，可以進(jìn)一步(bù)評(píng)估(gū)是否可能對(duì)主(zhǔ)模(mó)峰吸(xī)收(shōu)測(cè)試(shì)會(huì)產(chǎn)生可見的影響(xiǎng)。

小結(jié)：771激(jī)光頻譜分(fēn)析(xī)的頻譜(pǔ)測試(shì)功能界(jiè)麵特別適合於TDLAS研(yán)究(jiū)者(zhě)對激光器(qì)做評估以(yǐ)及TDLAS整(zhěng)機(jī)設(shè)備(bèi)廠家(jiā)的對激光光(guāng)源做(zuò)篩選與品(pǐn)質(zhì)管理(lǐ)。

二．TDLAS可(kě)調(tiáo)諧激光波長調諧範(fàn)圍(wéi)的測(cè)試(shì)

圖(tú)五(wǔ).可調諧激(jī)光調(tiáo)諧(xié)頻(pín)段的(dí)測(cè)試

實(shí)測解說：

如圖五(wǔ)所示，黃(huáng)色譜綫是(shì)最(zuì)近一(yī)次采(cǎi)樣的激光(guāng)頻(pín)譜，藍(lán)色譜綫(xiàn)為(wéi)伴隨著波(bō)長調(tiáo)諧做(zuò)多次激光頻(pín)譜測試(shì)的包絡綫，所(suǒ)以藍色(sè)譜(pǔ)綫(xiàn)的(dí)上(shàng)沿(yán)平頂部分(fēn)是分布反(fǎn)饋激光器在調變(biàn)激(jī)光波長後掃描下的激光(guāng)主模(mó)波(bō)長(cháng)調(tiáo)諧(xié)的軌跡(jì)。無(wú)論(lùn)對於科(kē)研(yán)用(yòng)戶還是係統整(zhěng)機(jī)製(zhì)造(zào)廠家(jiā)，都(dū)是一個直觀評(píng)價可調諧(xié)激光調(tiáo)諧(xié)頻(pín)段(duàn)的(dí)操作(zuò)界(jiè)麵(miàn)。

771係列激光(guāng)頻(pín)譜分析(xī)儀其他(tā)特色(sè)

以上是以(yǐ)TDLAS可調諧半導體激(jī)光吸收光(guāng)譜(pǔ)應用舉例Bristol Instruments公司的(dí)771係列激光頻(pín)譜(pǔ)分析(xī)儀(yí)的(dí)兩(liǎng)個簡介(jiè)明快的軟(ruǎn)件子(zǐ)界麵(miàn)，在(zài)硬件(jiàn)特(tè)性上，771係列(liè)激光頻譜(pǔ)分(fēn)析(xī)儀還有(yǒu)其他的(dí)重(zhòng)要特(tè)色(sè)：

業(yè)內最寬(kuān)的激(jī)光波(bō)長涵蓋(gài)範圍

對(duì)於TDLAS用(yòng)可(kě)調諧激(jī)光評(píng)估測試而言(yán)，常用的激光器(qì)大(dà)致範圍(wéi)是(shì)700nm-3000nm；常用(yòng)的520-1700nm波段可(kě)以用771A-NIR一台設備即可(kě)涵(hán)蓋; 如果需要拓展到(dào)中(zhōng)紅(hóng)外甚(shèn)至遠紅外(wài)波段，可以選(xuǎn)擇增購(gòu)一(yī)台IR波段(duàn)比如771A-MIR用僅(jǐn)僅(jǐn)兩台頻譜分(fēn)析(xī)儀(yí)即可涵蓋可(kě)見光(guāng)到遠紅外可(kě)用(yòng)於TDLAS應用(yòng)的所有(yǒu)FB激光，分(fēn)布反饋激光器(qì)，外(wài)腔(qiāng)可調(tiáo)諧激光器(qì)，量(liáng)子級聯激(jī)光(guāng)器的(dí)波(bō)長(cháng)與(yǔ)頻譜(pǔ)測試(shì)與(yǔ)分選工作(zuò)。

方便的激光(guāng)耦(ǒu)合方(fāng)式

對於520-1700nm的(dí)近紅外波段，771A-NIR激光頻譜分(fēn)析(xī)儀(yí)標準配(pèi)備光纖耦合接(jiē)口(kǒu)，用戶可(kě)利用(yòng)單模光纖方便的(dí)將待測激(jī)光耦(ǒu)合進771激光頻譜分析(xī)儀(yí)，對(duì)於利用(yòng)771A-NIR激光(guāng)頻(pín)譜(pǔ)分析(xī)儀做可調諧(xié)激光(guāng)器拆選(xuǎn)與品(pǐn)質管理(lǐ)的工業客戶，建議(yì)考(kǎo)慮(lǜ)增加(jiā)1帶8的光開關(guān)附(fù)件適合大批量(liáng)多(duō)批次(cì)日常檢(jiǎn)測。

對(duì)於1-12um中(zhōng)遠(yuǎn)紅外(wài)波段(duàn)，可選用771A-IR或771A-MIR激(jī)光頻譜分(fēn)析儀(yí)，標準(zhǔn)配(pèi)置空(kōng)間(jiān)光耦合入口並內置可(kě)見光激光導(dǎo)引，方便(biàn)客(kè)戶將(jiāng)待測激光(guāng)耦合(hé)進激光頻譜(pǔ)分(fēn)析(xī)儀(yí)。 

內置實時(shí)校(xiào)準激光(guāng)器(qì)：

Brisltol的所(suǒ)有激(jī)光波長計和激(jī)光頻譜(pǔ)分(fēn)析(xī)儀(yí)均(jūn)內(nèi)置(zhì)校準(zhǔn)激光(guāng)，在無人(rén)為(wéi)

幹(gān)預(yù)的(dí)條(tiáo)件下(xià)自動做實時(shí)波長(cháng)校(xiào)準(zhǔn)，時刻(kè)保持準(zhǔn)確的(dí)狀態(tài)。

沒(méi)有(yǒu)激光幹涉(shè)儀的FSR自(zì)由光譜(pǔ)區限製：

由於采用可(kě)快速傅裏葉變換(huàn)算法，771係列(liè)激(jī)光頻(pín)譜分析儀沒(méi)有激光(guāng)幹涉儀的FSR自由光(guāng)譜區限製(zhì)，換(huàn)句(jù)話講(jiǎng)既可以測(cè)試窄(zhǎi)綫(xiàn)寬(kuān)激光(guāng)器，也(yě)可以測試帶寬寬(kuān)達百(bǎi)納米的LED。

圖6. 771A-NIR測試(shì)近(jìn)紅(hóng)外(wài)寬(kuān)帶LED頻譜

771係列激光頻譜(pǔ)分(fēn)析(xī)儀(yí)著(zhuó)力(lì)突出(chū)性價比的(dí)市(shì)場定位：

-771頻(pín)譜分(fēn)析儀(yí)做單次頻譜分析(xī)測試需要2秒時間(jiān)，對於激光(guāng)頻(pín)譜測(cè)試和激(jī)光器(qì)篩選(xuǎn)與品質(zhì)管理(lǐ)已經(jīng)足夠快速(sù)，如(rú)果(guǒ)需要PID實時反饋控(kòng)製激光波長建議選(xuǎn)用(yòng)刷新(xīn)率可高達1kHz的(dí)871係列(liè)激光波長(cháng)計(jì)。

-771係(xì)列激光頻譜分析(xī)儀(yí)比起光纖通(tōng)信(xìn)波段的(dí)光譜分(fēn)析儀,其(qí)功(gōng)能(néng)界麵(miàn)要(yào)簡單(dān)很多(duō)，原(yuán)因是在於廠家(jiā)著力(lì)強(qiáng)調激(jī)光頻(pín)譜分(fēn)析(xī)，寬(kuān)光(guāng)譜範圍與(yǔ)高分辨率這些(xiē)最(zuì)關鍵點。

總(zǒng)結(jié)：美國Bristol Instruments公司(sī)771係(xì)列(liè)激光(guāng)頻(pín)譜分析儀(yí)特(tè)點

采購(gòu)兩(liǎng)台(tái)設(shè)備(bèi)即(jí)可涵(hán)蓋520nm-1700nm和1um-12um的超寬光(guāng)譜段，波長測量分辨率(shuài)0.01pm,波長(cháng)測量(liáng)絕對準(zhǔn)確度0.2pm，頻譜(pǔ)分辨率4-8GHz。

可以(yǐ)同時(shí)做(zuò)頻帶很(hěn)寬的(dí)和多個頻帶的LD或(huò)LED頻譜測(cè)試，適應麵超(chāo)廣，單次頻譜測試時間2秒，滿足激光管(guǎn)檢(jiǎn)測，分選和(hé)品(pǐn)質管(guǎn)理需要自(zì)動(dòng)實時(shí)校準，測試準(zhǔn)確(què)，操作簡便，價格(gé)合理(lǐ)。

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作者(zhě)：先(xiān)鋒(fēng)科技公司 吳(wú)京航