TDLAS技術(shù)（可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜）

TDLAS氣體檢測技術(shù)原理



當(dāng) LD 出光通過氣體腔，用 PD 對 LD 的光功率進(jìn)行接收。

當(dāng)改變 LD 驅(qū)動電流是，輸出光功率將會隨之改變，出光波長也會有所改變。我們可以推導(dǎo)出輸出光功率和出光波長的變化關(guān)系，見下圖：






如果在波長掃頻的范圍內(nèi)，沒有出現(xiàn)氣體吸收線，那么 PD 接收的光功率和 LD 輸出的光功率應(yīng)該是一樣的。但是，當(dāng)我們在波長范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)吸收線是，在光功率測試時會有凹陷，查看下圖。通過凹陷處的波長和深度，可以判斷該氣體的種類和強(qiáng)度。這個是氣體探測的基本原理。



除了改變驅(qū)動電流之外，我們也可以通過改變激光器的工作溫度，來達(dá)到波長掃描的目的。但是用改變工作溫度的方式，比較慢，一般需要幾秒鐘，所以，通常情況下，我們先會用改變工作溫度的方法調(diào)節(jié)波長的大致范圍（包含相關(guān)氣體的吸收線），然后通過改變驅(qū)動電流的方法來進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，改變電流的掃描速度一般在 10Hz 到 10KHz。

為了提高氣體吸收的高靈敏度，我們需要增長氣體腔的長度，但是這將會使設(shè)備變得更加龐大，為了解決這個體積問題，我們可以在氣體腔體兩端加上特殊的鏡片（低損耗的反射鏡），他可以將激光器的出光在氣體腔內(nèi)來回的反射，這樣光通過氣體的距離就變長了，可以提高測試的高靈敏度，就算是很微弱的吸收線也可以完成良好的測試，原理查看下圖：

MP-TDLAS(Multi-pass Tunable Diode Laser Absorption Spectorscopy)原理：






假設(shè)，我們的發(fā)射光為脈沖光，進(jìn)入氣體腔之后，當(dāng)打開激光的時候，輸入光在反射鏡上來回反射，有些光會被 PD 探測到；當(dāng)關(guān)掉激光，PD 探測到的光功率隨時間下降的很慢。假設(shè)，相關(guān)氣體存在于氣體腔內(nèi)，將會對光功率進(jìn)行吸收，那么光功率會下降的非常快。氣體吸收越強(qiáng)，光功率下降就會加速，從此可以推斷氣體的濃度。因?yàn)榉瓷溏R使光程達(dá)到了數(shù)公里，使得該方法是靈敏的方法。原理圖如下：CRDS（Cavity Ring-Down Spectroscopy）原理：






這些是基本原理，在實(shí)際操作中會復(fù)雜很多。下面是操作結(jié)構(gòu)圖之一：



注：每個客戶都有自己的實(shí)驗(yàn)原理，該原理圖只是一種做法，不能代表所有。

針對該結(jié)構(gòu)圖，亢特主要可以提供：激光器、激光器驅(qū)動、長光程氣體吸收池、探測器和鎖相放大器。