V systémech snímání plynu TDLAS slouží laser DFB (Distributed Feedback) jako hlavní zdroj světla. Lasery DFB se vyznačují úzkými šířkami čar, výstupem v jednom podélném režimu, vysokou stabilitou vlnové délky a přesnou laditelností. Jejich emisní vlnová délka může být přesně přizpůsobena absorpční linii cílového plynu a jemně doladěna pomocí teploty nebo hnacího proudu, aby umožnila skenování a detekci napříč absorpční špičkou, což z nich činí ideální volbu pro monitorování průmyslových plynů, analýzu životního prostředí a vědecký výzkum.
(1) Laser DFB vysílá koherentní, jednovidový laserový paprsek s vlnovou délkou naladěnou na čáru absorpce cílového plynu.
(2) Laserový paprsek prochází plynovou kyvetou obsahující vzorek, který má být měřen.
(3) Plyn absorbuje část laserového světla na jeho charakteristické vlnové délce, zatímco zbývající světlo je propuštěno.
(4) Fotodetektor zachycuje procházející nebo odražené světlo a převádí je na elektrický signál.
(5) Systém analyzuje signál pomocí algoritmů detekce blokování, demodulace nebo Fourierovy transformace k výpočtu koncentrace plynu podle Beer-Lambertova zákona.
|
Komponent |
Popis funkce |
|
DFB laser |
Dodává jednorežimový laserový zdroj s úzkou šířkou čáry. Jeho emisní vlnová délka je vyladěna pomocí řízení teploty tak, aby skenovala přes charakteristickou absorpční čáru cílového plynu, zatímco vstřikovací proud je modulován vysokou frekvencí pro měření spektroskopie s modulací vlnové délky (WMS). |
|
Plynový článek |
Utěsněná komora obsahující cílový plyn a poskytující definovanou délku optické dráhy pro měření absorpce. Volitelné moduly pro řízení teploty a tlaku zlepšují stabilitu měření a snižují chyby způsobené změnami prostředí. |
|
Fotodetektor (PD) |
Převádí optický signál po interakci s plynem na elektrický signál pro následné zesílení, demodulaci a analýzu koncentrace. |
|
Dělič paprsku/spojka optických vláken |
Dělič paprsku odpovídá optickému systému s volným prostorem, zatímco vláknová spojka se hodí pro celovláknové uspořádání. Rozdělí laser na referenční a měřicí dráhu. Referenční signál se používá ke kompenzaci kolísání výkonu laseru a zlepšení přesnosti měření (volitelné). |
|
Systém zpracování signálu |
Zesiluje slabé signály fotodetektoru a provádí demodulaci spektroskopie s modulací vlnové délky (WMS), včetně 1f/2f harmonické extrakce, k získání informací o absorpci plynu a určení koncentrace plynu. |
|
Počítač / řídicí systém |
Poskytuje řízení systému, konfiguraci parametrů, sběr dat, zpracování signálu, výpočet koncentrace, ukládání dat a vizualizaci výsledků měření v reálném čase. |
760nm 10mW DFB Butterfly laserová dioda
1392nm 10mW DFB Butterfly laserová dioda
1683nm 10mW vláknově spojený laser
Vysoce výkonný 1653,7nm 40mW DFB Butterfly laser
1651nm DFB vláknová laserová dioda
1625nm DFB BTF laserová dioda
1567nm DFB motýlková laserová dioda
Laserová dioda DFB SM PM 1580nm
Q1: Jaká vlnová délka DFB laseru se obvykle používá v TDLAS?
A1:
|
|
Plyn |
Vlnová délka (nm) |
|
1 |
CO2 |
1572.45 |
|
2 |
O2 |
760 |
|
3 |
CH4 |
1653 |
|
4 |
N2O |
1392/2257 |
|
5 |
CO |
1566 |
|
6 |
NH3 |
1512.2 |
|
7 |
SO2 |
7160 |
|
8 |
ŽÁDNÝ |
1800/2650 |
|
9 |
H2S |
1574,5/1590 |
|
10 |
C3H8 |
3370 |
|
11 |
SF6 |
1576.3 |
|
12 |
C2H2 |
1531,64/1521 |
|
13 |
C2H4 |
1625.9 |
|
14 |
C2H6 |
1683.1 |
|
15 |
HCI |
1742 |
|
16 |
HF |
1278/1273 |
|
17 |
HCN |
1540 |
Q2: Vyžaduje laser DFB izolátor?
A2: Optické izolátory se doporučují v systémech TDLAS na bázi vláken nebo v konfiguracích s výrazným optickým zpětným odrazem. Mohou být také prospěšné ve volném prostoru, kde existují zbytkové odrazy. Izolátor potlačuje optickou zpětnou vazbu, zabraňuje přeskakování režimu, nestabilitě frekvence a kolísání výstupního výkonu, čímž zajišťuje stabilní jednorežimový laserový provoz a zlepšenou stabilitu základní linie měření.
Otázka 3: Proč je laser DFB preferovaným zdrojem světla pro TDLAS namísto laseru FP nebo VCSEL?
A3: DFB lasery, integrované Braggovy mřížky, poskytují stabilní jednofrekvenční vyzařování s úzkou šířkou čáry s vysokým SMSR (>35dB) a laděním bez přeskakování. Pro srovnání, lasery FP vykazují emisi ve více podélných režimech a omezenou stabilitu vlnové délky, zatímco VCSEL obvykle nabízejí omezený rozsah ladění, který nemusí plně pokrýt požadované absorpční vlastnosti. Vynikající spektrální čistota a stabilita ladění laserů DFB výrazně zlepšují harmonickou detekci SNR, což z nich činí preferovaný zdroj světla pro vysoce přesné snímání plynu WMS-TDLAS (1f/2f).
Q4: Jaké možnosti balení jsou k dispozici pro lasery TDLAS DFB?
A4: Dva běžné balíčky:
①14kolíkový balíček Butterfly: Integruje TEC, NTC termistor a monitorovou fotodiodu s volitelným optickým izolátorem. Je široce používán ve vysoce přesných systémech TDLAS s vlákny, které vyžadují přesnou stabilizaci teploty a výkonu.
②TO-can (TO5/TO46): Kompaktní řešení navržené pro konfigurace s volným prostorem nebo s kolimovaným výstupem. Obvykle postrádá integrované řízení TEC a může vyžadovat externí stabilizaci teploty. Je vhodný pro nákladově citlivé a miniaturizované aplikace snímání plynu s otevřenou cestou.
-
