I TDLAS-gasavkänningssystem fungerar DFB-lasern (Distributed Feedback) som kärnljuskällan. DFB-lasrar kännetecknas av smala linjebredder, enkel-longitudinell utgång, hög våglängdsstabilitet och exakt avstämning. Deras emissionsvåglängd kan noggrant anpassas till målgasens absorptionslinje och finjusteras via temperatur eller drivström för att möjliggöra skanning och detektering över absorptionstoppen, vilket gör dem till ett idealiskt val för industriell gasövervakning, miljöanalys och vetenskaplig forskning.
(1) DFB-lasern avger en koherent, singelmodslaserstråle med en våglängd som är avstämd till målgasabsorptionslinjen.
(2) Laserstrålen passerar genom en gascell som innehåller provet som ska mätas.
(3) Gasen absorberar en del av laserljuset vid dess karakteristiska våglängd, medan det återstående ljuset transmitteras.
(4) En fotodetektor fångar det sända eller reflekterade ljuset och omvandlar det till en elektrisk signal.
(5) Systemet analyserar signalen med hjälp av inlåsningsdetektering, demodulering eller Fourier-transformationsalgoritmer för att beräkna gaskoncentrationen enligt Beer-Lamberts lag.
|
Komponent |
Funktionsbeskrivning |
|
DFB laser |
Tillhandahåller en enkelläges laserkälla med smal linjebredd. Dess emissionsvåglängd ställs in via temperaturkontroll för att skanna över målgasens karakteristiska absorptionslinje, medan injektionsströmmen moduleras vid hög frekvens för mätningar av våglängdsmodulationsspektroskopi (WMS). |
|
Gascell |
En förseglad kammare som innehåller målgasen och tillhandahåller en definierad optisk väglängd för absorptionsmätning. Valfria temperatur- och tryckkontrollmoduler förbättrar mätningsstabiliteten och minskar fel orsakade av miljövariationer. |
|
Fotodetektor (PD) |
Konverterar den optiska signalen efter interaktion med gasen till en elektrisk signal för efterföljande förstärkning, demodulering och koncentrationsanalys. |
|
Stråldelare/optisk fiberkoppling |
Stråldelare matchar ett optiskt system med ledigt utrymme, medan fiberkopplare passar en helfiberuppsättning. Den delar upp lasern i referens- och mätbanor. Referenssignalen används för att kompensera för fluktuationer i lasereffekten och förbättra mätnoggrannheten (tillval). |
|
Signalbehandlingssystem |
Förstärker svaga fotodetektorsignaler och utför våglängdsmodulationsspektroskopi (WMS) demodulering, inklusive 1f/2f harmonisk extraktion, för att erhålla information om gasabsorption och bestämma gaskoncentration. |
|
Dator/kontrollsystem |
Ger systemkontroll, parameterkonfiguration, datainsamling, signalbehandling, koncentrationsberäkning, datalagring och realtidsvisualisering av mätresultat. |
760nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1392nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1683nm 10mW fiberkopplad laser
Högeffekts 1653,7nm 40mW DFB Butterfly Laser
1651nm DFB fiberkopplad laserdiod
1625nm DFB BTF laserdiod
1567nm DFB fjärilslaserdiod
1580nm DFB SM PM laserdiod
F1: Vilken våglängd för DFB-laser används vanligtvis i TDLAS?
A1:
|
|
Gas |
Våglängd (nm) |
|
1 |
CO2 |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
CO |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
INGA |
1800/2650 |
|
9 |
H2S |
1574,5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
SF6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
HCI |
1742 |
|
16 |
HF |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
F2: Kräver DFB-lasern en isolator?
S2: Optiska isolatorer rekommenderas i fiberbaserade TDLAS-system eller i konfigurationer med betydande optisk bakreflexion. De kan också vara fördelaktiga i utrymmen där det finns kvarvarande reflektioner. Isolatorn undertrycker optisk återkoppling, förhindrar modhoppning, frekvensinstabilitet och utgångseffektfluktuationer, och säkerställer därigenom stabil enkellägeslaserdrift och förbättrad mätningsbaslinjestabilitet.
F3: Varför är DFB-lasern den föredragna ljuskällan för TDLAS istället för FP- eller VCSEL-laser?
A3: DFB-lasrar, integrerade Bragg-gitter, ger stabil emission med enkel frekvens, smal linjebredd med hög SMSR (>35 dB) och lägeshoppfri inställning. Som jämförelse uppvisar FP-lasrar emission i flera longitudinella lägen och begränsad våglängdsstabilitet, medan VCSELs vanligtvis erbjuder ett begränsat avstämningsområde som kanske inte helt täcker de nödvändiga absorptionsfunktionerna. Den överlägsna spektrala renheten och inställningsstabiliteten hos DFB-lasrar förbättrar avsevärt harmonisk detektering av SNR, vilket gör dem till den föredragna ljuskällan för högprecisions WMS-TDLAS (1f/2f) gasavkänning.
F4: Vilka paketalternativ finns tillgängliga för TDLAS DFB-lasrar?
A4: Två vanliga paket:
①14-stifts fjärilspaket: Integrerar en TEC, NTC termistor och monitorfotodiod, med en valfri optisk isolator. Det används ofta i fiberkopplade TDLAS-system med hög precision som kräver exakt temperatur- och effektstabilisering.
②TO-burk (TO5/TO46): En kompakt lösning utformad för fritt utrymme eller kollimerade utgångskonfigurationer. Den saknar vanligtvis integrerad TEC-kontroll och kan kräva extern temperaturstabilisering. Den är lämplig för kostnadskänsliga och miniatyriserade gasavkänningsapplikationer med öppen väg.
-
