TDLAS技術(shù)是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy（可調(diào)諧激光二極管光譜吸收)的簡(jiǎn)稱。

TDLAS技術(shù)的理論基礎(chǔ)是比爾-朗伯定律，一束激光穿過(guò)被測(cè)氣體時(shí)，當(dāng)激光器的波長(zhǎng)在被測(cè)氣體某個(gè)吸收譜線位置時(shí)，氣體分子會(huì)吸收光子而躍遷到高能級(jí)，表現(xiàn)為氣體吸收了激光，使得激光在功率上有所衰減。

TDLAS技術(shù)利用了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和輸出波長(zhǎng)隨電流和溫度變化的特性，對(duì)氣體分子某幾個(gè)吸收峰進(jìn)行掃描。該技術(shù)中采用的半導(dǎo)體激光光源，其譜寬遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。

CO2在2004nm位置附近有一組密集的吸收峰。因此，本次實(shí)驗(yàn)選用的光源為2004 nm DFB激光器，用來(lái)掃描CO2的吸收峰。

將激光器安裝于控制盒內(nèi)，其輸出的尾纖接入到反射式準(zhǔn)直器內(nèi)，準(zhǔn)直器出射光經(jīng)20 m光程后被金鏡反射后原路返回到拋物面鏡上。拋物面鏡將激光聚焦到焦點(diǎn)上，將光電探測(cè)器放置于焦點(diǎn)位置處接收光信號(hào)。

光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入給示波器。本次實(shí)驗(yàn)使用2004nmDFB激光器的溫度—電流—波長(zhǎng)調(diào)諧曲線為：

在恒定的溫度下，輸出波長(zhǎng)隨著LD電流的增大而增大；在LD電流確定的情況下，輸出波長(zhǎng)隨著溫度的上升而增大。

LD電流大小從Start點(diǎn)掃描到End點(diǎn)。在掃描過(guò)程中，當(dāng)激光器輸出波長(zhǎng)在掃描過(guò)程中經(jīng)過(guò)CO2吸收峰位置時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)吸收凹陷。

尋找吸收峰之前，先將電流范圍設(shè)置的大一些，找到吸收峰以后可以慢慢縮小電流掃描范圍。激光器可調(diào)諧溫度范圍為10—50℃。若初始溫度為25℃，可將溫度范圍分為兩個(gè)區(qū)間：10—25℃、25—50℃。緩慢調(diào)整溫度在10—25℃內(nèi)尋找吸收峰，若未尋找吸收峰，則吸收峰可能在25—50℃內(nèi)。尋找到吸收峰后，緩慢縮小電流掃描范圍。

通過(guò)慢慢調(diào)整溫控和掃描的電流范圍來(lái)尋找吸收峰，示波器上觀察到鋸齒信號(hào)中出現(xiàn)吸收凹陷。找到吸收凹陷后，后續(xù)不在調(diào)整溫度和電流的掃描范圍。

將光電探測(cè)器發(fā)出的電信號(hào)接入控制盒PREAMP IN接口， DAC OUT和TRIG OUT接入示波器。在信號(hào)不失真的前提下，增大正弦波幅值和增益倍數(shù)，觀察解調(diào)后的二次諧波。

本次實(shí)驗(yàn)選用了反射式準(zhǔn)直器和拋物面鏡。拋物線具有一條重要性質(zhì)：位于拋物線焦點(diǎn)處點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)拋物線反射，反射光線平行于拋物線的對(duì)稱軸。將光纖接入反射式準(zhǔn)直器后，光線從焦點(diǎn)處射向拋物面，出射光為平行光。得益于拋物線優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，反射式準(zhǔn)直器的工作范圍較廣，拋物面鏡也能很好的將激光匯聚到光電探測(cè)器感光區(qū)域上。

TDLAS激光氣體分析綜合控制器模塊

往期推薦

筱曉小課堂 | 2024“穩(wěn)"啦——激光光束指向穩(wěn)定系統(tǒng) 

筱曉小課堂 | DAS光纖傳感系統(tǒng)搭建演示

筱曉小課堂 | 光電探測(cè)器基本參數(shù)介紹

筱曉小課堂 | 激光調(diào)制技術(shù)介紹

筱曉小課堂 | 半導(dǎo)體激光二極管出廠前的8個(gè)測(cè)試步驟