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可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)

2021.11.11

  可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS通常是用单一窄带的激光频率扫描一条独立的气体吸收线。为了实现最高的选择性,分析一般在低压下进行,这时吸收线不会因为压力而加宽。这种测量方法是Hinkley和Reid提出的,现在已经发展成为了非常灵敏和常用的大气中痕量气体的监测技术。具有高灵敏度、实时、动态、多组分同时测量的优点。由于半导体激光器的高单色性,可以利用待测气体分子的一条孤立的吸收谱线进行测量,避免了不同分子光谱的交叉干扰,从而准确的鉴别出待测气体。可调谐红外激光光谱技术独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。

  可调谐半导体激光器,目前常用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器包括:法珀(Fabry-Perot)激光器、分布反馈式(Distributed Feedback)半导体激光器、分布布喇格反射(Distributed Bragg reflector)激光器、垂直腔表面发射(Vertical-cavity surface-emitting)激光器和外腔调谐半导体激光器。

  红外激光光谱学独特的优势以及在许多领域有着潜在的重要应用价值,是近年来非常热门的研究领域之一。主要的应用有:

  (1) 高选择性,高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。这一特性与其它方法相比有明显的优势。

  (2) 它是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。由于这个特点,很容易就能将其改成同时测量多组分的仪器。

  (3) 它具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。应用该技术的主要领域有:分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、爆炸检测、大气中痕量污染气体监测等。

  因此,可调谐红外激光光谱新方法及其环境污染时空分布监测研究对国家可持续发展和解决环境领域中必不可少的监测分析新方法与新技术有重要的科学意义和实用价值。

  应用该技术的主要领域有:

  1、 分子光谱研究:光谱结构、线宽、线强等;

  2、 大气痕量气体检测:CH2O、CH4、CO2、NH3等;

  3、 工业过程监测控制:CO、CO2、H2O、NH3等;

  4、 医疗诊断:NO、CO、CO2、CH4等;

  5、 机动车尾气测量:CO、CO2、NH3、NO等;

  6、 天然气泄漏及有毒、有害气体监测:CH4、H2S、HF、HCN等。

  此外,可调谐半导体激光器价格相对较便宜,因此是某些重要污染指标和污染源排放常规在线检测技术的发展方向之一。

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