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品牌 | 其他品牌 | 产地类别 | 进口 |
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应用领域 | 医疗卫生,环保,化工,生物产业,能源 | 激光器 | 7.4um中红外量子级联激光器 |
光电探测器 | 2-15um碲镉汞(MCT)中红外光电探测器 |
7.4um QCL结合空芯光纤气室气体分析系统
理论基础
1、比尔-朗伯定律
一束激光穿过浓度为C的被测气体时,当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时,气体分子会吸收光子而跃迁到高能级,表现为气体吸收波段激光光强的衰减
2、波长调制光谱技术
A) 激光器的调谐特性
DFB激光器 由于具有良好的单色性,窄线宽特性和频率调谐特性,DFB激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰,使检测系统具有较好的测量精度,因此被广泛的用于气体检测
B) 谐波检测理论
通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号,从而改变电流,使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压,使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描,利用锁相放大器调制并解调出谐波信号,进行气体浓度的测量。
3、吸收谱线选取的原则
在进行气体检测时,对吸收谱线的选取非常关键,应考虑以下几个方面
(1)气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰,
(2)谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟
(3)在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰,或吸收相对较弱,可以忽略
实验仪器
1、7.4um低功耗台式DFB-QCL中红外量子级联激光器
QCL7400 - 7.4um低功耗台式DFB-QCL中红外量子级联激光器是筱晓2018上半年开发出的台低功耗的QCL DFB激光。超过100nm的可调谐范围,输出功率大于25mw满足客户测试气体传感等工业需求。我们的激光器准直输出输出功率稳定,温度波长稳定性*比传统大功耗的量子级联激光器的稳定性高出好几个数量级。为我们中红外测试的客户提供了最佳的测试光源。
光谱图
波长温度电流调谐曲线
2、5米长光程小型化Mini中红外空芯光纤气体吸收池
HC-5-MIR 5米长光程气体吸收池可应用于光谱分析检测,坚固,紧凑的气室采用了中空光纤盘绕,其排列非常简单。在中空纤维中,探测光束和分析物重叠,从而实现了灵敏的激光吸收光谱,并以最小的样品量进行痕量气体和同位素分析。
3、2-15um碲镉汞(MCT)中红外光电探测器,带放大,带TEC
MCT-15-4TE放大探测器是一种热电冷却光电导HgCdTe(碲镉汞,MCT)探测器。这种材料对2.0到15 μm的中红外光谱波段光波敏感。半导体制冷片(TEC)采用一个热敏电阻反馈电路对探测器元件的温度控制在-30 °C,从而将热变化对输出信号的影响最小化。为了获得最佳效果,我们推荐将输出电缆(不附带)与一个50欧姆的终端连接。由于探测器是AC偶合的,因此它需要一个脉冲或斩波输入信号。 交流耦合探测器不会看到未斩波的直流信号,因为它们对只对强度变化而不是强度的绝对值敏感。
三、实验测试
本次实验使用7.4um QCL激光器结合5米光程空芯光纤气体吸收池测试空气中的H2O气体。
系统示意图
操作步骤:
1、安装7.4umQCL激光器,准直输出到空芯光纤气室的一端
2、空芯光纤气室的另一端接入MCT探测器
3、用BNC转SMA线连接探测器和7.4um QCL激光器的PREAMP前置放大端
4、 用一根BNC-BNC线连接示波器和7.4um QCL激光器的DACOUT模拟输出端
5、 用一根BNC-BNC线连接示波器和7.4um QCL激光器的TRIG OUT触发端
6、 打开激光器和探测器
7、 调节软件参数,在示波器上观察二次谐波信号波形、幅值等信息
过程分析:利用电脑端的控制软件调节电流和温度的大小对波长进行调谐,使激光器实现一定波长范围的扫描,使输出波长覆盖气体的吸收峰,锁相放大器提供高频正弦调制信号,使激光器输出频率得到正弦调制,激光器发出的光经过气体吸收池,通过探测器进入PREAMP端前置放大电路,再经过锁相放大器调制解调,通过DAC OUT 模拟输出端到示波器通道2,显示二次谐波的信号。整个过程中,我们通过调节软件中的各项参数,同时观察输出波形,使输出波形*。
四、实验结果
1、二次谐波波形及调制参数如下:
二次谐波
软件调制参数
2、验证分析:
通过查询Hitran数据库得到在波数为1354cm-1到1356cm-1范围内的吸收谱线如下:
吸收峰波长约为7.381um,通过对比二次谐波幅值信息,与数据库相符合,由此验证是H2O气体。
3、实验结论:
通过测试,我们发现使用这套测试系统分析空气中的H2O气体时,二次谐波幅值可达150mV,说明这套测试系统精度很高。
产品清单:
# | 名称 | 描述 | 数量 |
1 | 7.4um中红外量子级联激光器 | 峰值工作波长7.4um,输出功率5mW,光谱宽度<1MHz, 输出隔离度30dB,台式规格尺寸340(L)x240(W)x100(H)mm | 1 |
2 | 5米长光程小型化Mini中红外空芯光纤气体吸收池 | 有效光程5m,波长范围3-12um,输出发散角30mrad,操作大气压0.01-1atm | 1 |
3 | 2-15um碲镉汞(MCT)中红外光电探测器 | 响应波长范围2-15um,光敏面大小2x2mm,工作带宽10Hz-14MHz | 1 |
4 | U盘 | 含操作软件,产品操作手册 | 1 |
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