中紅外激光器在氣體分析領(lǐng)域的研究?jī)r(jià)值

2021-09-02 09:11:03

背景介紹

氣體檢測(cè)分子吸收

絕大多數(shù)氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)在中紅外光譜區(qū)（≈2-25μm）都顯示出基本的振動(dòng)吸收帶，這些基本帶對(duì)光的吸收提供了一種幾乎通用的檢測(cè)手段。光學(xué)技術(shù)的主要特征是對(duì)痕量氣體的非侵入式原位檢測(cè)能力。我們將主要討論連續(xù)波中紅外激光光譜以及中紅外光譜激光應(yīng)用。目前中紅外激光在定量痕量氣體檢測(cè)中的應(yīng)用必將代替近紅外成為下一代高精度的選擇。進(jìn)入21世紀(jì)全球環(huán)境問題日益突出，各國(guó)政府都在在努力減少溫室氣體排放。二氧化碳（CO2）通常被稱為溫室氣體，但其他使全球環(huán)境惡化的氣體還包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在氣體泄漏檢測(cè)和爆炸性氣體的集中監(jiān)控是預(yù)防災(zāi)難中我們激光法可以采取有效報(bào)警措施從而可以避免風(fēng)險(xiǎn)于災(zāi)難之前。

激光吸收光譜法是檢測(cè)微量氣體的方法之一。它使用分布式反饋激光二極管（DFB-LD）檢測(cè)某種氣體，該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長(zhǎng)。由于氣體的光吸收在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域變強(qiáng)，因此超過2000nm的近紅外至中紅外DFB-LD已經(jīng)用于氣體檢測(cè)。DFB-LD的光譜表征非常重要，因?yàn)樵摲椒ǖ臏y(cè)量能力受DFB-LD的邊模抑制比（SMSR）性能的很大影響。適用的模型是可以測(cè)量近紅外和/或中紅外光的光譜分析儀。它們提供的動(dòng)態(tài)范圍足夠?qū)?，可以測(cè)量傳統(tǒng)分光鏡無法觀察到的50dB或更高的DFB-LD SMSR，這里我們不做贅述，下一期我們會(huì)專門討論。

圖1 

空間通訊

中紅外激光可以在大氣中遠(yuǎn)距離傳輸。中紅外還包含兩個(gè)主要的大氣傳輸窗口（3-5μm和8-12μm區(qū)域），其中大氣中主要成分的吸收非常低，如圖2所示。可以遠(yuǎn)距離傳播，從而在國(guó)防（例如導(dǎo)彈對(duì)策1）和自由空間通信2中有多種應(yīng)用。

我們擁有中紅外半導(dǎo)體分析測(cè)試評(píng)估能力

光譜分析測(cè)試

光束質(zhì)量分析（5.26um DFB-QCL激光器在25℃）：

測(cè)試相機(jī)Pixel size=5μm，高斯擬合光斑直徑為320μm。

典型光譜圖

筱曉光子可以提供用于高功率空間通訊的激光器（3-5um,8-12um）

展望LWIR波段

參考文獻(xiàn)：

1、J. Hecht, “Photonic Frontiers: Laser countermeasures: scaling down mid-IR laser countermeasures for smaller aircraft”, Laser focus world, 2014.

2、N. S. Prasad, “Optical communications in the mid-wave IR spectral band”. In: Free-space laser communications. Optical and fiber communications reports, 2005, vol 2, p. 347-391.