In TDLAS-gasdetectiesystemen fungeert de DFB-laser (Distributed Feedback) als de kernlichtbron. DFB-lasers worden gekenmerkt door smalle lijnbreedtes, uitvoer in enkele longitudinale modus, hoge golflengtestabiliteit en nauwkeurige afstembaarheid. Hun emissiegolflengte kan nauwkeurig worden afgestemd op de absorptielijn van het doelgas en worden verfijnd via temperatuur of aandrijfstroom om scannen en detectie over de absorptiepiek mogelijk te maken, waardoor ze een ideale keuze zijn voor industriële gasmonitoring, omgevingsanalyse en wetenschappelijk onderzoek.
(1) De DFB-laser zendt een coherente, single-mode laserstraal uit met een golflengte afgestemd op de doelgasabsorptielijn.
(2) De laserstraal gaat door een gascel die het te meten monster bevat.
(3) Het gas absorbeert een deel van het laserlicht op zijn karakteristieke golflengte, terwijl het resterende licht wordt doorgelaten.
(4) Een fotodetector vangt het doorgelaten of gereflecteerde licht op en zet dit om in een elektrisch signaal.
(5) Het systeem analyseert het signaal met behulp van lock-in-detectie, demodulatie of Fourier-transformatie-algoritmen om de gasconcentratie te berekenen volgens de wet van Beer-Lambert.
|
Onderdeel |
Functiebeschrijving |
|
DFB-laser |
Levert een single-mode laserbron met smalle lijnbreedte. De emissiegolflengte wordt via temperatuurregeling afgestemd om over de karakteristieke absorptielijn van het doelgas te scannen, terwijl de injectiestroom met hoge frequentie wordt gemoduleerd voor metingen van golflengtemodulatiespectroscopie (WMS). |
|
Gascel |
Een afgesloten kamer die het doelgas bevat en een gedefinieerde optische padlengte biedt voor absorptiemeting. Optionele temperatuur- en drukregelmodules verbeteren de meetstabiliteit en verminderen fouten veroorzaakt door omgevingsvariaties. |
|
Fotodetector (PD) |
Zet het optische signaal na interactie met het gas om in een elektrisch signaal voor daaropvolgende versterking, demodulatie en concentratieanalyse. |
|
Beamsplitter/optische vezelkoppeling |
De straalsplitter past bij een optisch systeem in de vrije ruimte, terwijl de vezelkoppeling past bij een opstelling die volledig uit vezels bestaat. Het splitst de laser op in referentie- en meetpaden. Het referentiesignaal wordt gebruikt om fluctuaties in het laservermogen te compenseren en de meetnauwkeurigheid te verbeteren (optioneel). |
|
Signaalverwerkingssysteem |
Versterkt zwakke fotodetectorsignalen en voert golflengtemodulatiespectroscopie (WMS)-demodulatie uit, inclusief 1f/2f harmonische extractie, om gasabsorptie-informatie te verkrijgen en de gasconcentratie te bepalen. |
|
Computer-/besturingssysteem |
Biedt systeemcontrole, parameterconfiguratie, data-acquisitie, signaalverwerking, concentratieberekening, gegevensopslag en realtime visualisatie van meetresultaten. |
760 nm 10 mW DFB vlinderlaserdiode
1392 nm 10 mW DFB vlinderlaserdiode
1683 nm 10 mW vezelgekoppelde laser
Krachtige 1653,7 nm 40 mW DFB-vlinderlaser
1651 nm DFB vezelgekoppelde laserdiode
1625 nm DFB BTF-laserdiode
1567 nm DFB-vlinderlaserdiode
1580 nm DFB SM PM-laserdiode
Vraag 1: Welke golflengte van de DFB-laser wordt doorgaans gebruikt in TDLAS?
A1:
|
|
Gas |
Golflengte (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 |
NEE |
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 |
Vraag 2: Heeft de DFB-laser een isolator nodig?
A2: Optische isolatoren worden aanbevolen in op glasvezel gebaseerde TDLAS-systemen of in configuraties met aanzienlijke optische terugreflectie. Ze kunnen ook nuttig zijn in opstellingen in de vrije ruimte waar restreflecties voorkomen. De isolator onderdrukt optische feedback, waardoor mode-hopping, frequentie-instabiliteit en schommelingen in het uitgangsvermogen worden voorkomen, waardoor een stabiele single-mode laserwerking en verbeterde stabiliteit van de meetbasislijn wordt gegarandeerd.
Vraag 3: Waarom is de DFB-laser de voorkeurslichtbron voor TDLAS in plaats van de FP- of VCSEL-laser?
A3: DFB-lasers, geïntegreerde Bragg-roosters, zorgen voor stabiele emissie met één frequentie en smalle lijnbreedte met hoge SMSR (>35dB) en mode-hop-vrije afstemming. Ter vergelijking: FP-lasers vertonen emissie in meerdere longitudinale modi en een beperkte golflengtestabiliteit, terwijl VCSEL's doorgaans een beperkt afstemmingsbereik bieden dat mogelijk niet volledig de vereiste absorptiekenmerken dekt. De superieure spectrale zuiverheid en afstemstabiliteit van DFB-lasers verbeteren de harmonische detectie-SNR aanzienlijk, waardoor ze de voorkeurslichtbron zijn voor uiterst nauwkeurige WMS-TDLAS (1f/2f)-gasdetectie.
V4: Welke pakketopties zijn beschikbaar voor TDLAS DFB-lasers?
A4: Twee reguliere pakketten:
①14-pins vlinderpakket: integreert een TEC-, NTC-thermistor en monitorfotodiode, met een optionele optische isolator. Het wordt veel gebruikt in uiterst nauwkeurige vezelgekoppelde TDLAS-systemen die nauwkeurige temperatuur- en vermogensstabilisatie vereisen.
②TO-can (TO5/TO46): Een compacte oplossing ontworpen voor configuraties in de vrije ruimte of voor gecollimeerde uitvoerconfiguraties. Het mist doorgaans een geïntegreerde TEC-controle en vereist mogelijk externe temperatuurstabilisatie. Het is geschikt voor kostengevoelige en geminiaturiseerde gasdetectietoepassingen met open pad.
-
