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H80060042 | 7.4um QCL 結合空芯光纖氣體吸收池分析系統(tǒng) (實驗分析空氣中 H2O 一氧化二氫 水) [PDF] | 產品清單 7.4um中紅外量子級聯激光器 ；中空光纖式氣體吸收池 光程范圍：0.1至5m； 2-15um碲鎘汞（MCT）中紅外光電探測器 |
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7.4um QCL 結合空芯光纖氣體吸收池分析系統(tǒng) (實驗分析空氣中 H2O 一氧化二氫 水) [PDF] |
H80060042
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產品清單 7.4um中紅外量子級聯激光器 ；中空光纖式氣體吸收池 光程范圍：0.1至5m； 2-15um碲鎘汞（MCT）中紅外光電探測器 |
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一、理論基礎
1、比爾-朗伯定律
一束激光穿過濃度為C的被測氣體時，當激光器的波長和被測氣體某個吸收譜線中心頻率相同時，氣體分子會吸收光子而躍遷到高能級，表現為氣體吸收波段激光光強的衰減
2、波長調制光譜技術
A) 激光器的調諧特性
DFB激光器 由于具有良好的單色性，窄線寬特性和頻率調諧特性，DFB激光器能夠很好的避免其他背景氣體的交叉干擾，使檢測系統(tǒng)具有較好的測量精度，因此被廣泛的用于氣體檢測
B) 諧波檢測理論
通過對激光器的驅動電壓加高頻正弦電壓信號，從而改變電流，使輸出頻率也按正弦規(guī)律變化。通過給激光器驅動加鋸齒波電壓，使其輸出波長在氣體吸收峰兩側掃描，利用鎖相放大器調制并解調出諧波信號，進行氣體濃度的測量。
3、吸收譜線選取的原則
在進行氣體檢測時，對吸收譜線的選取非常關鍵，應考慮以下幾個方面
（1）氣體在選定的譜線處要有較強的吸收峰，
（2）譜線波長對應的激光器光源技術要相對成熟
（3）在選定的吸收譜線處沒有背景氣體吸收的干擾，或吸收相對較弱，可以忽略
實驗儀器
1、7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器
QCL7400 - 7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器是筱曉2018上半年開發(fā)出的國內先進低功耗的QCL DFB激光.超過100nm的可調諧范圍，輸出功率大于25mw滿足客戶測試氣體傳感等工業(yè)需求。
我們的激光器準直輸出輸出功率穩(wěn)定，溫度波長穩(wěn)定性高比傳統(tǒng)大功耗的量子級聯激光器的穩(wěn)定性高出好幾個數量級。為我們中紅外測試的客戶提供了最佳的測試光源。
光譜圖
2、中空光纖式氣體吸收池
HC-5-FC-SMA中空光纖式氣體吸收池包括光學窗口、光纖端口和氣體端口。通過其中兩個模塊，您可以將中空光纖轉化為臺式氣體吸收池，用于吸收光譜或基準波長應用，只需更換不同路徑長度的光纖即可。
3、2-15um碲鎘汞（MCT）中紅外光電探測器，帶放大，帶TEC
MCT-15-4TE放大探測器是一種熱電冷卻光電導HgCdTe(碲鎘汞，MCT)探測器。這種材料對2.0到15 μm的中紅外光譜波段光波敏感。半導體制冷片(TEC)采用一個熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控制在-30 °C，從而將熱變化對輸出信號的影響最小化。為了獲得最佳效果，我們推薦將輸出電纜(不附帶)與一個50歐姆的終端連接。由于探測器是AC偶合的，因此它需要一個脈沖或斬波輸入信號。 交流耦合探測器不會看到未斬波的直流信號，因為它們對只對強度變化而不是強度的絕對值敏感。三、實驗測試 本次實驗使用7.4um QCL激光器結合空心光纖氣體吸收池測試空氣中的H2O氣體。
系統(tǒng)示意圖
操作步驟：
1、安裝7.4umQCL激光器，準直輸出到空芯光纖氣室的一端
2、空芯光纖氣室的另一端接入MCT探測器
3、用BNC轉SMA線連接探測器和7.4um QCL激光器的PREAMP前置放大端
4、 用一根BNC-BNC線連接示波器和7.4um QCL激光器的DACOUT模擬輸出端
5、 用一根BNC-BNC線連接示波器和7.4um QCL激光器的TRIG OUT觸發(fā)端
6、 打開激光器和探測器
7、 調節(jié)軟件參數，在示波器上觀察二次諧波信號波形、幅值等信息
過程分析：
利用電腦端的控制軟件調節(jié)電流和溫度的大小對波長進行調諧，使激光器實現一定波長范圍的掃描，使輸出波長覆蓋氣體的吸收峰，鎖相放大器提供高頻正弦調制信號，使激光器輸出頻率得到正弦調制，激光器發(fā)出的光經過氣體吸收池，通過探測器進入PREAMP端前置放大電路，再經過鎖相放大器調制解調，通過DAC OUT 模擬輸出端到示波器通道2，顯示二次諧波的信號。整個過程中，我們通過調節(jié)軟件中的各項參數，同時觀察輸出波形，使輸出波形最優(yōu)。
四、實驗結果
1、二次諧波波形及調制參數如下：
2、驗證分析：通過查詢Hitran數據庫得到在波數為1354cm-1到1356cm-1范圍內的吸收譜線如下：
吸收峰波長約為7.381um，通過對比二次諧波幅值信息，與數據庫相符合，由此驗證是H2O氣體。
3、實驗結論：通過測試，我們發(fā)現使用這套測試系統(tǒng)分析空氣中的H2O氣體時，二次諧波幅值可達872mV，說明這套測試系統(tǒng)精度很高。
產品清單：
# | 名稱 | 描述 | 數量 |
1 | 7.4um中紅外量子級聯激光器 | 峰值工作波長7.4um，輸出功率5mW，光譜寬度<1MHz， 輸出隔離度30dB，臺式規(guī)格尺寸340(L)x240(W)x100(H)mm | 1 |
2 | 中空光纖式氣體吸收池 | 極其簡單和穩(wěn)固的對齊方式，波長范圍：紫外到長波紅外， 光程范圍：0.1至5m，低樣品量：<10mL，體積小巧；靈活布局 | 1 |
3 | 2-15um碲鎘汞（MCT）中紅外光電探測器 | 響應波長范圍2-15um，光敏面大小2x2mm，工作帶寬10Hz-14MHz | 1 |
4 | U盤 | 含操作軟件，產品操作手冊 | 1 |
1、7.4um低功耗臺式DFB-QCL中紅外量子級聯激光器
http://www.mzsyx.com/?a=cp3&id=120
2、中空光纖式氣體吸收池
http://www.mzsyx.com/?a=cp3&id=575
3、2-15um碲鎘汞（MCT）中紅外光電探測器，帶放大，帶TEC
http://www.mzsyx.com/?a=cp3&id=418
營業(yè)執(zhí)照