I TDLAS-gassensorsystemer fungerer DFB-laseren (Distributed Feedback) som kernelyskilden. DFB-lasere er kendetegnet ved smalle linjebredder, single-longitudinal-mode output, høj bølgelængdestabilitet og præcis afstemning. Deres emissionsbølgelængde kan tilpasses nøjagtigt til målgassens absorptionslinje og finjusteres via temperatur eller drivstrøm for at muliggøre scanning og detektion på tværs af absorptionstoppen, hvilket gør dem til et ideelt valg til industriel gasovervågning, miljøanalyser og videnskabelig forskning.
(1) DFB-laseren udsender en sammenhængende, single-mode laserstråle med en bølgelængde, der er indstillet til målgasabsorptionslinjen.
(2) Laserstrålen passerer gennem en gascelle, der indeholder prøven, der skal måles.
(3) Gassen absorberer en del af laserlyset ved dets karakteristiske bølgelængde, mens det resterende lys transmitteres.
(4) En fotodetektor fanger det transmitterede eller reflekterede lys og konverterer det til et elektrisk signal.
(5) Systemet analyserer signalet ved hjælp af lock-in-detektion, demodulation eller Fourier-transformationsalgoritmer for at beregne gaskoncentrationen i henhold til Beer-Lambert-loven.
|
Komponent |
Funktionsbeskrivelse |
|
DFB laser |
Leverer en enkelt-mode laserkilde med smal linjebredde. Dens emissionsbølgelængde er indstillet via temperaturkontrol til at scanne hen over målgassens karakteristiske absorptionslinje, mens injektionsstrømmen moduleres ved høj frekvens til bølgelængdemodulationsspektroskopi (WMS) målinger. |
|
Gascelle |
Et forseglet kammer, der indeholder målgassen og giver en defineret optisk vejlængde til absorptionsmåling. Valgfri temperatur- og trykstyringsmoduler forbedrer målestabiliteten og reducerer fejl forårsaget af miljøvariationer. |
|
Fotodetektor (PD) |
Konverterer det optiske signal efter interaktion med gassen til et elektrisk signal til efterfølgende forstærkning, demodulation og koncentrationsanalyse. |
|
Beam Splitter/Optisk Fiberkobling |
Strålesplitter matcher et optisk system med fri plads, mens fiberkobler passer til et fiberopsætning. Den opdeler laseren i reference- og målestier. Referencesignalet bruges til at kompensere for lasereffektudsving og forbedre målenøjagtigheden (valgfrit). |
|
Signalbehandlingssystem |
Forstærker svage fotodetektorsignaler og udfører bølgelængdemodulationsspektroskopi (WMS) demodulation, inklusive 1f/2f harmonisk ekstraktion, for at opnå information om gasabsorption og bestemme gaskoncentration. |
|
Computer/kontrolsystem |
Giver systemkontrol, parameterkonfiguration, dataopsamling, signalbehandling, koncentrationsberegning, datalagring og realtidsvisualisering af måleresultater. |
760nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1392nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1683nm 10mW fiberkoblet laser
Højeffekt 1653,7nm 40mW DFB Butterfly Laser
1651nm DFB fiberkoblet laserdiode
1625nm DFB BTF laserdiode
1567nm DFB sommerfugllaserdiode
1580nm DFB SM PM laserdiode
Q1: Hvilken bølgelængde af DFB-laser bruges typisk i TDLAS?
A1:
|
|
Gas |
Bølgelængde (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 |
INGEN |
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 |
Q2: Kræver DFB-laseren en isolator?
A2: Optiske isolatorer anbefales i fiberbaserede TDLAS-systemer eller i konfigurationer med betydelig optisk tilbagereflektion. De kan også være gavnlige i opsætninger med fri plads, hvor der findes resterende refleksioner. Isolatoren undertrykker optisk feedback, forhindrer modehopping, frekvensustabilitet og udgangseffektudsving, og sikrer derved stabil single-mode laserdrift og forbedret måling baseline stabilitet.
Q3: Hvorfor er DFB-laseren den foretrukne lyskilde til TDLAS i stedet for FP- eller VCSEL-laser?
A3: DFB-lasere, integrerede Bragg-gitter, giver stabil enkeltfrekvens, emission med smal linjebredde med høj SMSR (>35dB) og mode-hop-fri tuning. Til sammenligning udviser FP-lasere multi-longitudinelle-mode-emission og begrænset bølgelængdestabilitet, mens VCSEL'er typisk tilbyder et begrænset tuning-område, der muligvis ikke fuldt ud dækker de nødvendige absorptionsfunktioner. Den overlegne spektrale renhed og tuning-stabilitet af DFB-lasere forbedrer markant harmonisk detektion af SNR, hvilket gør dem til den foretrukne lyskilde til højpræcisions WMS-TDLAS (1f/2f) gassensing.
Q4: Hvilke pakkemuligheder er tilgængelige for TDLAS DFB-lasere?
A4: To mainstream-pakker:
①14-benet Butterfly-pakke: Integrerer en TEC, NTC termistor og monitorfotodiode med en valgfri optisk isolator. Det er meget udbredt i fiberkoblede TDLAS-systemer med høj præcision, der kræver præcis temperatur- og effektstabilisering.
②TO-dåse (TO5/TO46): En kompakt løsning designet til friplads eller kollimerede outputkonfigurationer. Den mangler typisk integreret TEC-styring og kan kræve ekstern temperaturstabilisering. Den er velegnet til omkostningsfølsomme og miniaturiserede gassensorer med åben vej.
-
