中红外激光器在气体分析领域的研究价值

背景介绍

气体检测分子吸收

绝大多数气态化学物质在中红外光谱区（≈2-25µm）都显示出基本的振动吸收带，这些基本带对光的吸收提供了一种几乎通用的检测手段。光学技术的主要特征是对痕量气体的非侵入式原位检测能力。我们将主要讨论连续波中红外激光光谱以及中红外光谱激光应用。目前中红外激光在定量痕量气体检测中的应用必将代替近红外成为下一代高精度的选择。进入21世纪quan球环境问题日益突出，各国政府都在在努力减少温室气体排放。二氧化碳（CO2）通常被称为温室气体，但其他使quan球环境恶化的气体还包括二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）。此外，在气体泄漏检测和爆炸性气体的集中监控是预防灾难中我们激光法可以采取有效报警措施从而可以避免风险于灾难之前。

激光吸收光谱法是检测微量气体的方法之一。它使用分布式反馈激光二极管（DFB-LD）检测某种气体，该二极管具有特定于该气体的光吸收波长。由于气体的光吸收在长波长区域变强，因此超过2000nm的近红外至中红外DFB-LD已经用于气体检测。DFB-LD的光谱表征非常重要，因为该方法的测量能力受DFB-LD的边模抑制比（SMSR）性能的很大影响。适用的模型是可以测量近红外和/或中红外光的光谱分析仪。它们提供的动态范围足够宽，可以测量传统分光镜无法观察到的50dB或更高的DFB-LD SMSR，这里我们不做赘述，下一期我们会专门讨论。

图1 

空间通讯

中红外激光可以在大气中远距离传输。中红外还包含两个主要的大气传输窗口（3-5µm和8-12µm区域），其中大气中主要成分的吸收非常低，如图2所示。可以远距离传播，从而在国防（例如dao弹对策1）和自由空间通信2中有多种应用。

 图2 

筱晓光子可以提供的气体检测分子吸收激光器介绍
我们公司主要可以做以下QCL检测气体方案（每个波长年供应量500-1000pcs）：

我们拥有中红外半导体分析测试评估能力

光谱分析测试

以5.26um DFB-QCL激光器在25℃下的波长电流光谱图测试为例：

黄线：150mA，5267.08nm；

红线：165mA，5269.48nm；绿线：180mA，5271.52nm；粉线：195mA，5274.60nm；蓝线：210mA，5278.28nm。

光束质量分析（5.26um DFB-QCL激光器在25℃）：

测试相机Pixel size=5μm，高斯拟合光斑直径为320μm。

可以批量供货的MIR-DFB的半导体激光器介绍

典型光谱图

筱晓光子可以提供用于高功率空间通讯的激光器（3-5um,8-12um）

展望LWIR波段

目前受限于半导体工艺波长限制，如下很多长波的气体我们目前还不好测试，但是我们相信随着半导体芯片的研发深入，会有更多的气体应用得到挖掘。

Examples of detectable gases

参考文献：

1、J. Hecht, “Photonic Frontiers: Laser countermeasures: scaling down mid-IR laser countermeasures for smaller aircraft”, Laser focus world, 2014.

2、N. S. Prasad, “Optical communications in the mid-wave IR spectral band”. In: Free-space laser communications. Optical and fiber communications reports, 2005, vol 2, p. 347-391.