TDLAS气体分析主流产品简介（上）

本文主要介绍TDLAS技术优势，以及常用于TDLAS分析系统的激光器，和海尔欣相关科研级模块产品。

中红外量子级联激光器（QCL）是一种性能*的新型半导体激光器，随着QCL的发展，可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）在痕量气体分析领域获得了更广泛的应用。相较于传统的非色散红外光谱分析技术（NDIR），基于TDLAS技术的气体分析技术具有难以取代的优势。

   目前市面上的主流气体分析产品多数采用NDIR技术，其缺点包含：

1. 复杂的采样和预处理系统使得系统响应速度慢，难以满足实时响应需求；

1. 受背景气体（如水汽）的交叉干扰严重，并且样气中的粉尘引起误差，影响浓度测量准确度；
2. 单点采样使得测量数据不具有代表性；
3. 易于发生漂移，降低数据可靠性，且因为需要经常标定，维护成本高。

TDLAS也是一种红外吸收光谱技术，基本原理是通过分析光被气体的选择性吸收，由吸收光谱反演获得待测气体浓度。由于TDLAS技术采用了半导体激光光源，光谱线宽远小于待测气体单根吸收谱线的线宽，频率扫描范围可避开其他气体吸收谱线，有效避免交叉干扰。其优点如下：

1. 高灵敏度和高选择性：可调谐半导体激光器的线宽低至10^-4波数(cm^-1)，而一般分子的吸收线的线宽在10^-2 cm^-1量级，将激光器的输出波长调谐到选定的分子吸收峰中心频率，可避开其他气体组分的干扰；

1. 响应快速：脉冲式的可调谐激光器的脉冲沿上升时间在纳秒级别（10^-9 s），允许它们在很小的光谱范围内进行扫描，在毫秒范围内能对几种波长进行扫描；
2. 相同样气多组分测量：可调谐激光器的波长覆盖了大多数气体的吸收峰，因而可以检测的气体种类多,只要更换激光器，同样的设备可以实现多种气体监测；
3. 实现连续在线监测：传统的检测方法大都需要采样及预处理过程，难以实现连续在线监测。TDLAS可以实现原位监测，无需任何预处理过程；
4. 实现区域监测：传统的检测方法由于单点采样，数据可能不够具有代表性，难以满足区域内的监测要求。TDLAS技术结合开放式光路和长光程设计，可以反映几百米，甚至几千米区域内的气体浓度信息；
5. 远距离遥感：可调谐激光器很容易进行准直、聚焦等操作，并且红外无需接触测量，可实现远距离遥感。

常用于TDLAS系统的激光器

TDLAS系统的主要部件为可调谐半导体激光器，以下介绍常见的可调谐半导体激光器及其特性：

FP（Fabry-Perot Laser，法布里-珀罗）激光器：输出功率大（可达瓦级），一般为多模输出，且因为光谱线宽较宽，难以满足对精度要求高的痕量气体分析需求。

DFB（Distributed Feedback Laser，分布反馈式）激光器：输出功率比FP激光器低很多（多几十个毫瓦），可以输出较窄（0.01 nm量级）的光谱，并能够通过温度调谐提供有限的波长调谐（几个波数）。DFB激光器是目前市面上TDLAS系统中常见的激光器，其输出线宽小于10MHz，而传统NDIR红外光源的线宽则达到数百GHz。

VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射）激光器：优点是线宽较窄（0.1 nm量级）且波长对温度漂移较小，然而只能实现从0.760-2.4 μm之间的部分波长。

海尔欣与QCL和MCT芯片厂商合作，研发用于工业领域过程监控和气体传感器件，包含激光器，探测器，驱动器，安装座和信号处理模块。若您处于开发或研究的初期阶段，我们同时也提供一系列激光安装座和驱动器，长光程气体池，MCT探测器，TDLAS锁相模块。

海尔欣以瑞士Alpes公司，日本住友电工，美国Thorlabs和Adtech Photonics公司的分布反馈式量子级联激光器（DFB-QCL）为基础元器件，通过相关的封装和准直工艺，整合成一整套量子级联准直激光发射模块。无论您需要连续输出，脉冲输出，定制中心波长，宽调谐，线宽<5 MHz，输出功率达到百毫瓦级，还是高性价比的工业批量器件，请与我们联系，我们将帮您选择3到13 μm及以上的中红外激光器。我们的激光发射器主要产品为：

QC-Qube^TM迷你全功能量子级联激光发射单元（世界上较小的具备气密，温控，散热，准直功能的中红外激光器）

HPQCL-Q^TM标准中红外量子级联激光器（全功能且含共轴红光，方便用户观察及调光）

HPQCL-H^TM工业级HHL封装量子级联激光器（高性价比，高可靠）