TDLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡(jiǎn)稱，主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長(zhǎng)隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測(cè)量。在氣體檢測(cè)應(yīng)用上，具備高靈敏度，高選擇性，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)多組分測(cè)量，且TDLAS容易系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)在線工業(yè)檢測(cè)。所以近十年TDLAS技術(shù)無(wú)論在科研應(yīng)用和商業(yè)市場(chǎng)上都有了迅猛的發(fā)展。

本文以TDLAS應(yīng)用舉例介紹美國(guó)Bristol Instruments公司771系列激光頻譜分析儀可用于準(zhǔn)確于快速的評(píng)測(cè)TDLAS系統(tǒng)中的可調(diào)諧激光器。

激光頻譜測(cè)試界面實(shí)例

一 .快速準(zhǔn)確的評(píng)估激光器的當(dāng)前調(diào)諧波長(zhǎng)與邊模抑制比：

圖一.不同氣體組分的吸收峰

如圖1所示，每種氣體組分均具備豐富的氣體吸收峰，且不同氣體組分的吸收峰光譜帶會(huì)有一定程度的靠近甚至交叉，因此需要我們利用窄線寬可調(diào)諧激光器，把激光器的輸出波長(zhǎng)精確的調(diào)諧到待測(cè)氣體組分的吸收峰，且盡量保證任何其他氣體組分在此激光輸出附近沒(méi)有吸收峰，從而盡可能的提升并保證待測(cè)氣體檢測(cè)靈敏度與待測(cè)氣體濃度檢測(cè)的選擇性與準(zhǔn)確度。

圖二. SMSR邊模抑制比

如圖2所示，一個(gè)足夠優(yōu)秀的激光具備很高的SMSR邊模抑制比，本例激光的邊模強(qiáng)度大致是激光主模輸出強(qiáng)度的-48dB；足以保證實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下邊模輸出下對(duì)應(yīng)的其他環(huán)境氣體吸收不至于影響到待測(cè)氣體吸收測(cè)試的準(zhǔn)確度。

圖三. 771A-NIR激光頻譜分析儀實(shí)測(cè)圖

  如圖三所示，771A-NIR激光頻譜分析儀實(shí)測(cè)圖，測(cè)試到一臺(tái)不足夠優(yōu)秀的分布反饋激光器含有一個(gè)稍強(qiáng)的旁帶邊模，測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)解說(shuō)：

771A-NIR激光頻譜分析儀的0.01pm波長(zhǎng)測(cè)試分辨率和0.2pm波長(zhǎng)測(cè)試絕對(duì)準(zhǔn)確度足以準(zhǔn)確標(biāo)定當(dāng)前調(diào)諧波長(zhǎng)，

被測(cè)激光器的主模輸出1532.82803 nm；有一個(gè)邊模波長(zhǎng)在1531.79267 nm；與主模的強(qiáng)度差-29.27dB；一般性判定尚不足以影響到TDLAS測(cè)試準(zhǔn)確度。如果科研人員或TDALS設(shè)備生產(chǎn)廠家精益求精的話，可以在氣體吸收譜庫(kù)內(nèi)查詢最強(qiáng)邊模波長(zhǎng)點(diǎn)處有無(wú)其他氣體的吸收峰，萬(wàn)一待測(cè)混合氣體正好有落在激光邊模波長(zhǎng)的吸收峰，可以進(jìn)一步評(píng)估是否可能對(duì)主模峰吸收測(cè)試會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)的影響。

小結(jié)：771激光頻譜分析的頻譜測(cè)試功能界面特別適合于TDLAS研究者對(duì)激光器做評(píng)估以及TDLAS整機(jī)設(shè)備廠家的對(duì)激光光源做篩選與品質(zhì)管理。

二．TDLAS可調(diào)諧激光波長(zhǎng)調(diào)諧范圍的測(cè)試

圖五.可調(diào)諧激光調(diào)諧頻段的測(cè)試

實(shí)測(cè)解說(shuō)：

如圖五所示，黃色譜線是最近一次采樣的激光頻譜，藍(lán)色譜線為伴隨著波長(zhǎng)調(diào)諧做多次激光頻譜測(cè)試的包絡(luò)線，所以藍(lán)色譜線的上沿平頂部分是分布反饋激光器在調(diào)變激光波長(zhǎng)后掃描下的激光主模波長(zhǎng)調(diào)諧的軌跡。無(wú)論對(duì)于科研用戶還是系統(tǒng)整機(jī)制造廠家，都是一個(gè)直觀評(píng)價(jià)可調(diào)諧激光調(diào)諧頻段的操作界面。

771系列激光頻譜分析儀其他特色

以上是以TDLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜應(yīng)用舉例Bristol Instruments公司的771系列激光頻譜分析儀的兩個(gè)簡(jiǎn)介明快的軟件子界面，在硬件特性上，771系列激光頻譜分析儀還有其他的重要特色：

業(yè)內(nèi)最寬的激光波長(zhǎng)涵蓋范圍

對(duì)于TDLAS用可調(diào)諧激光評(píng)估測(cè)試而言，常用的激光器大致范圍是700nm-3000nm；常用的520-1700nm波段可以用771A-NIR一臺(tái)設(shè)備即可涵蓋; 如果需要拓展到中紅外甚至遠(yuǎn)紅外波段，可以選擇增購(gòu)一臺(tái)IR波段比如771A-MIR用僅僅兩臺(tái)頻譜分析儀即可涵蓋可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外可用于TDLAS應(yīng)用的所有FB激光，分布反饋激光器，外腔可調(diào)諧激光器，量子級(jí)聯(lián)激光器的波長(zhǎng)與頻譜測(cè)試與分選工作。

方便的激光耦合方式

對(duì)于520-1700nm的近紅外波段，771A-NIR激光頻譜分析儀標(biāo)準(zhǔn)配備光纖耦合接口，用戶可利用單模光纖方便的將待測(cè)激光耦合進(jìn)771激光頻譜分析儀，對(duì)于利用771A-NIR激光頻譜分析儀做可調(diào)諧激光器拆選與品質(zhì)管理的工業(yè)客戶，建議考慮增加1帶8的光開(kāi)關(guān)附件適合大批量多批次日常檢測(cè)。

對(duì)于1-12um中遠(yuǎn)紅外波段，可選用771A-IR或771A-MIR激光頻譜分析儀，標(biāo)準(zhǔn)配置空間光耦合入口并內(nèi)置可見(jiàn)光激光導(dǎo)引，方便客戶將待測(cè)激光耦合進(jìn)激光頻譜分析儀。 

內(nèi)置實(shí)時(shí)校準(zhǔn)激光器：

Brisltol的所有激光波長(zhǎng)計(jì)和激光頻譜分析儀均內(nèi)置校準(zhǔn)激光，在無(wú)人為

干預(yù)的條件下自動(dòng)做實(shí)時(shí)波長(zhǎng)校準(zhǔn)，時(shí)刻保持準(zhǔn)確的狀態(tài)。

沒(méi)有激光干涉儀的FSR自由光譜區(qū)限制：

由于采用可快速傅里葉變換算法，771系列激光頻譜分析儀沒(méi)有激光干涉儀的FSR自由光譜區(qū)限制，換句話講既可以測(cè)試窄線寬激光器，也可以測(cè)試帶寬寬達(dá)百納米的LED。

圖6. 771A-NIR測(cè)試近紅外寬帶LED頻譜

771系列激光頻譜分析儀著力突出性價(jià)比的市場(chǎng)定位：

-771頻譜分析儀做單次頻譜分析測(cè)試需要2秒時(shí)間，對(duì)于激光頻譜測(cè)試和激光器篩選與品質(zhì)管理已經(jīng)足夠快速，如果需要PID實(shí)時(shí)反饋控制激光波長(zhǎng)建議選用刷新率可高達(dá)1kHz的871系列激光波長(zhǎng)計(jì)。

-771系列激光頻譜分析儀比起光纖通信波段的光譜分析儀,其功能界面要簡(jiǎn)單很多，原因是在于廠家著力強(qiáng)調(diào)激光頻譜分析，寬光譜范圍與高分辨率這些最關(guān)鍵點(diǎn)。

總結(jié)：美國(guó)Bristol Instruments公司771系列激光頻譜分析儀特點(diǎn)

采購(gòu)兩臺(tái)設(shè)備即可涵蓋520nm-1700nm和1um-12um的超寬光譜段，波長(zhǎng)測(cè)量分辨率0.01pm,波長(zhǎng)測(cè)量絕對(duì)準(zhǔn)確度0.2pm，頻譜分辨率4-8GHz。

可以同時(shí)做頻帶很寬的和多個(gè)頻帶的LD或LED頻譜測(cè)試，適應(yīng)面超廣，單次頻譜測(cè)試時(shí)間2秒，滿足激光管檢測(cè)，分選和品質(zhì)管理需要自動(dòng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，測(cè)試準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格合理。

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作者：先鋒科技公司 吳京航