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以TDLAS應用介紹美國Bristol公司771系列激光頻譜分析儀

更新時間:2022-12-02 點擊次數:503

TDLAS可調諧半導體激光吸收光譜Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡稱,主要是利用可調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容易系統集成,實現在線工業檢測。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系列激光頻譜分析儀可用于準確于快速的評測TDLAS系統中的可調諧激光器。

 

 

 

激光頻譜測試界面實例

 

.快速準確的評估激光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激光器,把激光器的輸出波長精確的調諧到待測氣體組分的吸收峰,且盡量保證任何其他氣體組分在此激光輸出附近沒有吸收峰,從而盡可能的提升并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,一個足夠優秀的激光具備很高的SMSR邊模抑制比,本例激光的邊模強度大致是激光主模輸出強度的-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于影響到待測氣體吸收測試的準確度。

 

 

圖三. 771A-NIR激光頻譜分析儀實測圖

 

  如圖三所示,771A-NIR激光頻譜分析儀實測圖,測試到一臺不足夠優秀的分布反饋激光器含有一個稍強的旁帶邊模,測試數據如下:

 

波長

線寬

強度

強度差

主模

1532.82803 nm

0.03466 nm

-9.43dB

 

最強邊模1

1531.79267 nm

0.03825 nm

-38.7dB

-29.27dB

最強邊模2

NA

     

 

 

實測數據解說:

771A-NIR激光頻譜分析儀的0.01pm波長測試分辨率和0.2pm波長測試絕對準確度足以準確標定當前調諧波長,

被測激光器的主模輸出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設備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激光邊模波長的吸收峰,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激光頻譜分析的頻譜測試功能界面特別適合于TDLAS研究者對激光器做評估以及TDLAS整機設備廠家的對激光光源做篩選與品質管理。

 

二.TDLAS可調諧激光波長調諧范圍的測試

 

 

圖五.可調諧激光調諧頻段的測試

實測解說:

如圖五所示,黃色譜線是最近一次采樣的激光頻譜,藍色譜線為伴隨著波長調諧做多次激光頻譜測試的包絡線,所以藍色譜線的上沿平頂部分是分布反饋激光器在調變激光波長后掃描下的激光主模波長調諧的軌跡。無論對于科研用戶還是系統整機制造廠家,都是一個直觀評價可調諧激光調諧頻段的操作界面。

 

771系列激光頻譜分析儀其他特色

以上是以TDLAS可調諧半導體激光吸收光譜應用舉例Bristol Instruments公司的771系列激光頻譜分析儀的兩個簡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:

 

業內最寬的激光波長涵蓋范圍

對于TDLAS用可調諧激光評估測試而言,常用的激光器大致范圍是700nm-3000nm;常用520-1700nm波段可以用771A-NIR一臺設備即可涵蓋; 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于TDLAS應用的所有FB激光,分布反饋激光器,外腔可調諧激光器,量子級聯激光器的波長與頻譜測試與分選工作。

 

型號

波長范圍

最小輸入功率

771A-VIS

375-1100nm

25nW-1.1uW

771A-NIR

520-1700nm

10nW-0.5nW

771A-NIR2

1-2.6 um

70nW-0.27uW

771A-IR

1-5 um

10nW-2.25uW

771A-MIR

1-12 um

10nW-13uW

 

 

方便的激光耦合方式

 

 

對于520-1700nm的近紅外波段,771A-NIR激光頻譜分析儀標準配備光纖耦合接口,用戶可利用單模光纖方便的將待測激光耦合進771激光頻譜分析儀,對于利用771A-NIR激光頻譜分析儀做可調諧激光器拆選與品質管理的工業客戶,建議考慮增加18的光開關附件適合大批量多批次日常檢測。

 

 

對于1-12um中遠紅外波段,可選用771A-IR或771A-MIR激光頻譜分析儀,標準配置空間光耦合入口并內置可見光激光導引,方便客戶將待測激光耦合進激光頻譜分析儀。 

 

 

內置實時校準激光器:

Brisltol的所有激光波長計和激光頻譜分析儀均內置校準激光,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。

沒有激光干涉儀的FSR自由光譜區限制:

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有激光干涉儀的FSR自由光譜區限制,換句話講既可以測試窄線寬激光器,也可以測試帶寬寬達百納米的LED。

 

 

6. 771A-NIR測試近紅外寬帶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,對于激光頻譜測試和激光器篩選與品質管理已經足夠快速,如果需要PID實時反饋控制激光波長建議選用刷新率可高達1kHz871系列激光波長計。

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

 

總結:美國Bristol Instruments公司771系列激光頻譜分析儀特點

采購兩臺設備即可涵蓋520nm-1700nm1um-12um的超寬光譜段,波長測量分辨率0.01pm,波長測量絕對準確度0.2pm,頻譜分辨率4-8GHz。

可以同時做頻帶很寬的和多個頻帶的LDLED頻譜測試,適應面超廣,單次頻譜測試時間2秒,滿足激光管檢測,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。

 

欲進一步了解,請聯系先鋒科技公司負責地區銷售。

 

作者:先鋒科技公司 吳京航

 

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