I TDLAS-gasssensorsystemer fungerer DFB-laseren (Distributed Feedback) som kjernelyskilden. DFB-lasere er preget av smale linjebredder, enkel-langsgående modusutgang, høy bølgelengdestabilitet og presis avstemming. Deres emisjonsbølgelengde kan tilpasses nøyaktig til målgassens absorpsjonslinje og finjusteres via temperatur eller drivstrøm for å muliggjøre skanning og deteksjon over absorpsjonstoppen, noe som gjør dem til et ideelt valg for industriell gassovervåking, miljøanalyse og vitenskapelig forskning.
(1) DFB-laseren sender ut en koherent, enkeltmoduslaserstråle med en bølgelengde innstilt til målgassabsorpsjonslinjen.
(2) Laserstrålen passerer gjennom en gasscelle som inneholder prøven som skal måles.
(3) Gassen absorberer en del av laserlyset ved sin karakteristiske bølgelengde, mens det gjenværende lyset sendes.
(4) En fotodetektor fanger opp det transmitterte eller reflekterte lyset og konverterer det til et elektrisk signal.
(5) Systemet analyserer signalet ved hjelp av innlåsingsdeteksjon, demodulering eller Fourier-transformasjonsalgoritmer for å beregne gasskonsentrasjonen i henhold til Beer-Lambert-loven.
|
Komponent |
Funksjonsbeskrivelse |
|
DFB laser |
Leverer en enkel-modus laserkilde med smal linjebredde. Dens emisjonsbølgelengde er innstilt via temperaturkontroll for å skanne over den karakteristiske absorpsjonslinjen til målgassen, mens injeksjonsstrømmen moduleres ved høy frekvens for bølgelengdemodulasjonsspektroskopi (WMS) målinger. |
|
Gasscelle |
Et forseglet kammer som inneholder målgassen og gir en definert optisk veilengde for absorpsjonsmåling. Valgfrie temperatur- og trykkkontrollmoduler forbedrer målestabiliteten og reduserer feil forårsaket av miljøvariasjoner. |
|
Fotodetektor (PD) |
Konverterer det optiske signalet etter interaksjon med gassen til et elektrisk signal for påfølgende forsterkning, demodulering og konsentrasjonsanalyse. |
|
Beam Splitter/Optisk Fiber Coupler |
Stråledeler passer til et optisk system med ledig plass, mens fiberkobling passer til et fiberoppsett. Den deler laseren i referanse- og målebaner. Referansesignalet brukes til å kompensere for lasereffektsvingninger og forbedre målenøyaktigheten (valgfritt). |
|
Signalbehandlingssystem |
Forsterker svake fotodetektorsignaler og utfører bølgelengdemodulasjonsspektroskopi (WMS) demodulasjon, inkludert 1f/2f harmonisk ekstraksjon, for å få informasjon om gassabsorpsjon og bestemme gasskonsentrasjon. |
|
Datamaskin/kontrollsystem |
Gir systemkontroll, parameterkonfigurasjon, datainnsamling, signalbehandling, konsentrasjonsberegning, datalagring og sanntidsvisualisering av måleresultater. |
760nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1392nm 10mW DFB Butterfly Laser Diode
1683nm 10mW fiberkoblet laser
Høyeffekt 1653,7nm 40mW DFB sommerfugllaser
1651nm DFB fiberkoblet laserdiode
1625nm DFB BTF laserdiode
1567nm DFB sommerfugllaserdiode
1580nm DFB SM PM laserdiode
Q1: Hvilken bølgelengde til DFB-laser brukes vanligvis i TDLAS?
A1:
|
|
Gass |
Bølgelengde (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: Krever DFB-laseren en isolator?
A2: Optiske isolatorer anbefales i fiberbaserte TDLAS-systemer eller i konfigurasjoner med betydelig optisk bakrefleksjon. De kan også være fordelaktige i oppsett med ledig plass der det finnes gjenværende refleksjoner. Isolatoren undertrykker optisk tilbakemelding, forhindrer modushopping, frekvensustabilitet og utgangseffektsvingninger, og sikrer dermed stabil enkeltmoduslaserdrift og forbedret målingsbaselinjestabilitet.
Q3: Hvorfor er DFB-laseren den foretrukne lyskilden for TDLAS i stedet for FP- eller VCSEL-laser?
A3: DFB-lasere, integrerte Bragg-gittere, gir stabil enkeltfrekvens, emisjon med smal linjebredde med høy SMSR (>35dB) og modus-hoppfri tuning. Til sammenligning viser FP-lasere emisjon i flere langsgående modus og begrenset bølgelengdestabilitet, mens VCSEL-er vanligvis tilbyr et begrenset innstillingsområde som kanskje ikke fullt ut dekker de nødvendige absorpsjonsfunksjonene. Den overlegne spektrale renheten og innstillingsstabiliteten til DFB-lasere forbedrer den harmoniske deteksjons-SNR betraktelig, noe som gjør dem til den foretrukne lyskilden for høypresisjons WMS-TDLAS (1f/2f) gassføling.
Q4: Hvilke pakkealternativer er tilgjengelige for TDLAS DFB-lasere?
A4: To mainstream-pakker:
①14-pins sommerfuglpakke: Integrerer en TEC, NTC termistor og monitorfotodiode, med en valgfri optisk isolator. Den er mye brukt i fiberkoblede TDLAS-systemer med høy presisjon som krever presis temperatur- og kraftstabilisering.
②TO-boks (TO5/TO46): En kompakt løsning designet for ledig plass eller kollimerte utgangskonfigurasjoner. Den mangler vanligvis integrert TEC-kontroll og kan kreve ekstern temperaturstabilisering. Den er egnet for kostnadssensitive og miniatyriserte gasssensorer med åpen bane.
-
