TDLAS半导体激光光源测氨气浓度(NH3) - 筱晓光子试验小分享①
tdlas（tunable diode laser absorption spectroscopy ）它是利用激光器波长调制通过被测气体的特征吸收区，在二管激光器与长光程吸收池相结合的基础上，发展起来的新的气体检测方法。
tdlas技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱，因此tdlas技术是一种高分辨率吸收光谱技术。
一、氨气nh3，是一种易具有刺激性气味，无色有毒，比空气轻，弱碱性，沸点较低，易溶于水，易液化的气体。在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。可由氮和氢直接合成而制得。在工业中常被用来制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。
二、理论基础 1，比尔-朗伯定律一束激光穿过浓度为c的被测气体时，当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子会吸收光子而跃迁到高能，表现为气体吸收波段激光光强的衰减。
2，波长调制光谱技术a)激光器的调谐特性
dfb激光器——由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性，dfb激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰，使检测系统具有较好的测量精度，因此被广泛的用于气体检测。
b）谐波检测理论
通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号，从而改变电流，使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压，使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描，利用锁相放大器调制并解调出谐波信号，进行气体浓度的测量。
3，吸收谱线选取的原则在进行气体检测是，对吸收谱线的选取非常关键，应考虑以下几个方面：
1）气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰；
2）谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟；
在选定的吸收谱线处没有背景气体吸收的干扰，或吸收相对较弱，可以忽略。
三、实验仪器 1，1512 dfb激光器特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装。
光谱图
调谐曲线
2，气体检测综合控制盒tdlads激光
本产品是一款用于可调谐半导体激光吸收谱技术（可调谐半导体激光吸收谱技术（tdlas））的控制模块。主要功能包括：产生正弦波与三角叠加的数字激光驱动、可调增益、可调增益放大器、1f/2f 数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元、数字锁相放大器、模拟输出温控单元 。运行参数及波形均可由电脑端控制和读取。
3，长光程吸收池（20m） 4，示波器 5，电压转换模块四，吸收波长选取根据1512nmdfb 调谐范围，我们可以通过查询hitran数据库。
得到在1513.8nm附近有强吸收峰，且没有其他气体的干扰。实验中我们可以测试1513.8nm处的二次谐波幅值和1512nm处的二次谐波幅值作为对比。
五，实验测试过程及结果
1，如上图所示：
1）laser out连接光程池输入端；
2）光程池输出端经过电压转换模块接入preamp；
3）trig out接入示波器通道1；
4）dac out 接入示波器通道2。
2，过程分析：
激光器发出的光经过气体吸收池，通过电压转换模块进入preamp端置放大电路，再经过锁相放大器调制解调，通过dac out 模拟输出端到示波器通道2，显示二次谐波的信号。整个过程中，我们通过调节软件中的各项参数，同时观察输出波形，使输出波形优。
3，实验结果：
1512nm二次谐波波形及调整参数：
结论：
由此我们看出，吸收峰值越高，二次谐波幅值越大，因此探测浓度的下限越低，探测精度越高。
原创作者：筱晓（上海）光子技术有限公司
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tdlas技术采用的半导体激光光源的光谱，宽度远小于气体吸收谱线的展宽，得到单线吸收光谱，因此tdlas技术是一种高分辨率吸收光谱技术。
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二、理论基础 1，比尔-朗伯定律一束激光穿过浓度为c的被测气体时，当激光器的波长和被测气体某个吸收谱线中心频率相同时，气体分子会吸收光子而跃迁到高能，表现为气体吸收波段激光光强的衰减。
2，波长调制光谱技术a)激光器的调谐特性
dfb激光器——由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性，dfb激光器能够很好的避免其他背景气体的交叉干扰，使检测系统具有较好的测量精度，因此被广泛的用于气体检测。
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通过对激光器的驱动电压加高频正弦电压信号，从而改变电流，使输出频率也按正弦规律变化。通过给激光器驱动加锯齿波电压，使其输出波长在气体吸收峰两侧扫描，利用锁相放大器调制并解调出谐波信号，进行气体浓度的测量。
3，吸收谱线选取的原则在进行气体检测是，对吸收谱线的选取非常关键，应考虑以下几个方面：
1）气体在选定的谱线处要有较强的吸收峰；
2）谱线波长对应的激光器光源技术要相对成熟；
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三、实验仪器 1，1512 dfb激光器特点：波长稳定性好，窄线宽，单纵模可调谐，14引脚封装。
光谱图
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五，实验测试过程及结果
1，如上图所示：
1）laser out连接光程池输入端；
2）光程池输出端经过电压转换模块接入preamp；
3）trig out接入示波器通道1；
4）dac out 接入示波器通道2。
2，过程分析：
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3，实验结果：
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结论：
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