TDLAS技术（可调谐半导体激光吸收光谱）

TDLAS气体检测技术原理



当 LD 出光通过气体腔，用 PD 对 LD 的光功率进行接收。

当改变 LD 驱动电流是，输出光功率将会随之改变，出光波长也会有所改变。我们可以推导出输出光功率和出光波长的变化关系，见下图：






如果在波长扫频的范围内，没有出现气体吸收线，那么 PD 接收的光功率和 LD 输出的光功率应该是一样的。但是，当我们在波长范围内发现吸收线是，在光功率测试时会有凹陷，查看下图。通过凹陷处的波长和深度，可以判断该气体的种类和强度。这个是气体探测的基本原理。



除了改变驱动电流之外，我们也可以通过改变激光器的工作温度，来达到波长扫描的目的。但是用改变工作温度的方式，比较慢，一般需要几秒钟，所以，通常情况下，我们先会用改变工作温度的方法调节波长的大致范围（包含相关气体的吸收线），然后通过改变驱动电流的方法来进行精确的调节，改变电流的扫描速度一般在 10Hz 到 10KHz。

为了提高气体吸收的高灵敏度，我们需要增长气体腔的长度，但是这将会使设备变得更加庞大，为了解决这个体积问题，我们可以在气体腔体两端加上特殊的镜片（低损耗的反射镜），他可以将激光器的出光在气体腔内来回的反射，这样光通过气体的距离就变长了，可以提高测试的高灵敏度，就算是很微弱的吸收线也可以完成良好的测试，原理查看下图：

MP-TDLAS(Multi-pass Tunable Diode Laser Absorption Spectorscopy)原理：






假设，我们的发射光为脉冲光，进入气体腔之后，当打开激光的时候，输入光在反射镜上来回反射，有些光会被 PD 探测到；当关掉激光，PD 探测到的光功率随时间下降的很慢。假设，相关气体存在于气体腔内，将会对光功率进行吸收，那么光功率会下降的非常快。气体吸收越强，光功率下降就会加速，从此可以推断气体的浓度。因为反射镜使光程达到了数公里，使得该方法是灵敏的方法。原理图如下：CRDS（Cavity Ring-Down Spectroscopy）原理：






这些是基本原理，在实际操作中会复杂很多。下面是操作结构图之一：



注：每个客户都有自己的实验原理，该原理图只是一种做法，不能代表所有。

针对该结构图，亢特主要可以提供：激光器、激光器驱动、长光程气体吸收池、探测器和锁相放大器。