工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產(chǎn)生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖,研究和發(fā)展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態(tài)檢測技術是環(huán)境氣候研究的基礎和前提。基于光譜學原理的氣體檢測技術,具有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點,是目前溫室氣體監(jiān)測技術的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區(qū)域、全球等尺度下的監(jiān)測需求,綜合利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測,獲取溫室氣體空間分布、季節(jié)變化和年變化的特征和趨勢,這對理解區(qū)域碳排放、掌握源匯信息、研究環(huán)境氣候變化規(guī)律等具有重要意義。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6),其中后三種氣體造成溫室效應的能力強,但從對全球升溫的貢獻百分比來說,CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大,它們對全球變暖的總體貢獻占到77%,濃度也呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢。 QCL會被集成到光譜儀中,完成紅外光譜檢測。QCL被認為是中遠紅外范圍內(nèi)氣體檢測的優(yōu)勢光源。遼寧水QCL激光器供應商
QCL激光器的基本結構包括FP-QCL、DFB-QCL和ECqcL。增益介質顯示為灰色,波長選擇機制為藍色,鍍膜面為橙色,輸出光束為紅色。1.簡單的結構是F-P腔激光器(FP-QCL)。在F-P結構中,切割面為激光提供反饋,有時也使用介質膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構(DFB-QCL)可以輸出較窄的光譜,但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過大范圍的溫度調(diào)諧,DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧(通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍,或者通過快速注進電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍)。3.第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來,形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出,又可以在QC芯片整個增益帶寬上(數(shù)百cm-1)提供快調(diào)諧(速度超過10ms)。由于ECqcL結構使用低損耗元件,因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。 重慶新型QCL激光器工廠可調(diào)諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)是一種 具有高分辨率、高靈敏度、快速檢測特點的氣體檢測 技術。
在環(huán)境污染分子的監(jiān)測分析中,典型的應用有、、。近紅外光譜的一個優(yōu)點是壓力加寬不是一個很大的問題,因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點是有許多分子在該譜區(qū)沒有吸收,雖然在測量復雜混合物時,這也許是一個優(yōu)點。中紅外波段工作在3-13μm的“指紋”區(qū),是氣體分子基帶吸收。這個波段分子吸收線的強度比近紅外波段要大幾個量級。如:CH4在,理論檢測下限可達;CO在,理論檢測可達。通常分子在這個波段的振動和轉動光譜譜線非常豐富密集,典型的光譜線寬約為2×10-3cm-1(~60MHz)。中紅外波段激光光譜技術目前主要受到激光光源的限制,但近幾年來,隨著紅外激光技術的發(fā)展和新型中紅外相干光源技術的發(fā)展,在中紅外波段進***體分子的超高靈敏檢測技術有了長足的進步。
可調(diào)諧半導體激光吸收光譜(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術主要是利用可調(diào)諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現(xiàn)對分子的單個或幾個距離很近很難分辨的吸收線進行測量。TDLAS通常是用單一窄帶的激光頻率掃描一條**的氣體吸收線。為了實現(xiàn)比較高的選擇性,分析一般在低壓下進行,這時吸收線不會因為壓力而加寬。這種測量方法是Hinkley和Reid提出的,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為了非常靈敏和常用的大氣中痕量氣體的監(jiān)測技術。具有高靈敏度、實時、動態(tài)、多組分同時測量的優(yōu)點。由于半導體激光器的高單色性,可以利用待測氣體分子的一條孤立的吸收譜線進行測量,避免了不同分子光譜的交叉干擾,從而準確的鑒別出待測氣體??烧{(diào)諧紅外激光光譜技術獨特的優(yōu)勢以及在許多領域有著潛在的重要應用價值,是近年來非常熱門的研究領域之一??烧{(diào)諧半導體激光器,目前常用于TDLAS技術的可調(diào)諧半導體激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反饋式(DistributedFeedback)半導體激光器、分布布喇格反射(DistributedBraggreflector)激光器、垂直腔表面發(fā)射(Vertical-cavitysurface-emitting)激光器和外腔調(diào)諧半導體激光器。 在工業(yè)污染分析中,QCL的快速響應和高靈敏度使其能夠實時監(jiān)測煙塵顆粒的組成和濃度。
激光器的發(fā)展里程碑如下:1960年發(fā)明的固態(tài)激光器和氣體激光器,1962年發(fā)明的雙極型半導體激光器和1994年發(fā)明的單極型量子級聯(lián)激光器(QCL)是激光領域的三個重大性里程碑。量子級聯(lián)激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同,它打破了傳統(tǒng)p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制,其發(fā)光波長由半導體能隙來決定,填補了半導體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與,其激射方案是利用在半導體異質結薄層內(nèi)由量子限制效應引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉,從而實現(xiàn)單電子注入的多光子輸出,并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發(fā)光波長。量子級聯(lián)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)過程,電子從高能級跳躍到低能級過程中,不但沒有損失,還可以注入到下一個過程再次發(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子"循環(huán)"起來,從而造就了一種令人驚嘆的激光器。因此,量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次和里程碑。 利用多種形式的光譜學測量手段,開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測.甘肅制造QCL激光器哪家好
可調(diào)諧激光器的廣波長調(diào)諧能力和高精度控制特性,使其在多個領域具有巨大的應用潛力。遼寧水QCL激光器供應商
基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術的在線監(jiān)測系統(tǒng),以其高靈敏度、高分辨率及實時響應的優(yōu)勢,在環(huán)境監(jiān)測領域展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。本研究首先解析了TDLAS技術的基本原理,明確了其在氨逃逸檢測中的獨特作用機制,進而設計了包含穩(wěn)定系統(tǒng)架構與精細功能模塊劃分的氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)實現(xiàn)階段,通過精心挑選的硬件組件與優(yōu)化的軟件算法,確保了系統(tǒng)的高效運行與準確監(jiān)測。隨后,對系統(tǒng)進行了的性能測試,結果表明,該系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測并準確記錄氨逃逸數(shù)據(jù),為環(huán)境保護與工業(yè)安全生產(chǎn)提供了有力的技術支持。本研究不僅豐富了TDLAS技術在環(huán)境監(jiān)測領域的應用案例,也為氨逃逸監(jiān)測技術的發(fā)展提供了新的思路與方向。未來,隨著技術的不斷進步與應用的持續(xù)拓展,TDLAS技術有望在更多領域發(fā)揮重要作用,推動環(huán)境監(jiān)測技術的整體發(fā)展。 遼寧水QCL激光器供應商