以TDLAS應用介紹美國Bristol公司771系列鐳射頻譜分析儀

TDLAS可調諧半導體鐳射吸收光譜是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡稱▩▩☁◕•，主要是利用可調諧半導體鐳射器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實現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·◕╃▩。在氣體檢測應用上▩▩☁◕•，具備高靈敏度▩▩☁◕•，高選擇性▩▩☁◕•，可以實現實時動態測量▩▩☁◕•，可以實現多組分測量▩▩☁◕•，且TDLAS容易系統整合▩▩☁◕•，實現線上工業檢測·◕╃▩。所以近十年TDLAS技術無論在科研應用和商業市場上都有了迅猛的發展·◕╃▩。

本文以TDLAS應用舉例介紹美國Bristol Instruments公司771系列鐳射頻譜分析儀可用於準確於快速的評測TDLAS系統中的可調諧鐳射器·◕╃▩。

鐳射頻譜測試介面例項

一 .快速準確的評估鐳射器的當前調諧波長與邊模抑制比▩₪◕：

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諧鐳射器▩▩☁◕•，把鐳射器的輸出波長精確的調諧到待測氣體組分的吸收峰▩▩☁◕•，且儘量保證任何其他氣體組分在此鐳射輸出附近沒有吸收峰▩▩☁◕•，從而儘可能的提升並保證待測氣體檢測靈敏度與待測氣體濃度檢測的選擇性與準確度·◕╃▩。

圖二. SMSR邊模抑制比

如圖2所示▩▩☁◕•，一個足夠優秀的鐳射具備很高的SMSR邊模抑制比▩▩☁◕•，本例鐳射的邊模強度大致是鐳射主模輸出強度的-48dB；足以保證實際應用環境下邊模輸出下對應的其他環境氣體吸收不至於影響到待測氣體吸收測試的準確度·◕╃▩。

圖三. 771A-NIR鐳射頻譜分析儀實測圖

  如圖三所示▩▩☁◕•，771A-NIR鐳射頻譜分析儀實測圖▩▩☁◕•，測試到一臺不足夠優秀的分佈反饋鐳射器含有一個稍強的旁帶邊模▩▩☁◕•，測試資料如下▩₪◕：

實測資料解說▩₪◕：

771A-NIR鐳射頻譜分析儀的0.01pm波長測試解析度和0.2pm波長測試絕對準確度足以準確標定當前調諧波長▩▩☁◕•，

被測鐳射器的主模輸出1532.82803 nm；有一個邊模波長在1531.79267 nm；與主模的強度差-29.27dB；一般性判定尚不足以影響到TDLAS測試準確度·◕╃▩。如果科研人員或TDALS裝置生產廠家精益求精的話▩▩☁◕•，可以在氣體吸收譜庫內查詢最強邊模波長點處有無其他氣體的吸收峰▩▩☁◕•，萬一待測混合氣體正好有落在鐳射邊模波長的吸收峰▩▩☁◕•，可以進一步評估是否可能對主模峰吸收測試會產生可見的影響·◕╃▩。

小結▩₪◕：771鐳射頻譜分析的頻譜測試功能介面特別適合於TDLAS研究者對鐳射器做評估以及TDLAS整機裝置廠家的對鐳射光源做篩選與品質管理·◕╃▩。

二．TDLAS可調諧鐳射波長調諧範圍的測試

圖五.可調諧鐳射調諧頻段的測試

實測解說▩₪◕：

如圖五所示▩▩☁◕•，黃色譜線是最近一次取樣的鐳射頻譜▩▩☁◕•，藍色譜線為伴隨著波長調諧做多次鐳射頻譜測試的包絡線▩▩☁◕•，所以藍色譜線的上沿平頂部分是分佈反饋鐳射器在調變鐳射波長後掃描下的鐳射主模波長調諧的軌跡·◕╃▩。無論對於科研使用者還是系統整機制造廠家▩▩☁◕•，都是一個直觀評價可調諧鐳射調諧頻段的操作介面·◕╃▩。

771系列鐳射頻譜分析儀其他特色

以上是以TDLAS可調諧半導體鐳射吸收光譜應用舉例Bristol Instruments公司的771系列鐳射頻譜分析儀的兩個簡介明快的軟體子介面▩▩☁◕•，在硬體特性上▩▩☁◕•，771系列鐳射頻譜分析儀還有其他的重要特色▩₪◕：

業內最寬的鐳射波長涵蓋範圍

對於TDLAS用可調諧鐳射評估測試而言▩▩☁◕•，常用的鐳射器大致範圍是700nm-3000nm；常用的520-1700nm波段可以用771A-NIR一臺裝置即可涵蓋; 如果需要拓展到中紅外甚至遠紅外波段▩▩☁◕•，可以選擇增購一臺IR波段比如771A-MIR用僅僅兩臺頻譜分析儀即可涵蓋可見光到遠紅外可用於TDLAS應用的所有FB鐳射▩▩☁◕•，分佈反饋鐳射器▩▩☁◕•，外腔可調諧鐳射器▩▩☁◕•，量子級聯鐳射器的波長與頻譜測試與分選工作·◕╃▩。

方便的鐳射耦合方式

對於520-1700nm的近紅外波段▩▩☁◕•，771A-NIR鐳射頻譜分析儀標準配備光纖耦合介面▩▩☁◕•，使用者可利用單模光纖方便的將待測鐳射耦合進771鐳射頻譜分析儀▩▩☁◕•，對於利用771A-NIR鐳射頻譜分析儀做可調諧鐳射器拆選與品質管理的工業客戶▩▩☁◕•，建議考慮增加1帶8的光開關附件適合大批次多批次日常檢測·◕╃▩。

對於1-12um中遠紅外波段▩▩☁◕•，可選用771A-IR或771A-MIR鐳射頻譜分析儀▩▩☁◕•，標準配置空間光耦合入口並內建可見光鐳射導引▩▩☁◕•，方便客戶將待測鐳射耦合進鐳射頻譜分析儀·◕╃▩。 

內建實時校準鐳射器▩₪◕：

Brisltol的所有鐳射波長計和鐳射頻譜分析儀均內建校準鐳射▩▩☁◕•，在無人為

干預的條件下自動做實時波長校準▩▩☁◕•，時刻保持準確的狀態·◕╃▩。

沒有鐳射干涉儀的FSR自由光譜區限制▩₪◕：

由於採用可快速傅立葉變換演算法▩▩☁◕•，771系列鐳射頻譜分析儀沒有鐳射干涉儀的FSR自由光譜區限制▩▩☁◕•，換句話講既可以測試窄線寬鐳射器▩▩☁◕•，也可以測試頻寬寬達百奈米的LED·◕╃▩。

圖6. 771A-NIR測試近紅外寬頻LED頻譜

771系列鐳射頻譜分析儀著力突出價效比的市場定位▩₪◕：

-771頻譜分析儀做單次頻譜分析測試需要2秒時間▩▩☁◕•，對於鐳射頻譜測試和鐳射器篩選與品質管理已經足夠快速▩▩☁◕•，如果需要PID實時反饋控制鐳射波長建議選用重新整理率可高達1kHz的871系列鐳射波長計·◕╃▩。

-771系列鐳射頻譜分析儀比起光纖通訊波段的光譜分析儀,其功能介面要簡單很多▩▩☁◕•，原因是在於廠家著力強調鐳射頻譜分析▩▩☁◕•，寬光譜範圍與高解析度這些最關鍵點·◕╃▩。

總結▩₪◕：美國Bristol Instruments公司771系列鐳射頻譜分析儀特點

採購兩臺裝置即可涵蓋520nm-1700nm和1um-12um的超寬光譜段▩▩☁◕•，波長測量解析度0.01pm,波長測量絕對準確度0.2pm▩▩☁◕•，頻譜解析度4-8GHz·◕╃▩。

可以同時做頻帶很寬的和多個頻帶的LD或LED頻譜測試▩▩☁◕•，適應面超廣▩▩☁◕•，單次頻譜測試時間2秒▩▩☁◕•，滿足鐳射管檢測▩▩☁◕•，分選和品質管理需要自動實時校準▩▩☁◕•，測試準確▩▩☁◕•，操作簡便▩▩☁◕•，價格合理·◕╃▩。

欲進一步瞭解▩▩☁◕•，請聯絡先鋒科技公司負責地區銷售·◕╃▩。

作者▩₪◕：先鋒科技公司 吳京航