TDLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的簡稱，主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測量。在氣體檢測應(yīng)用上，具備高靈敏度，高選擇性，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，可以實(shí)現(xiàn)多組分測量，且TDLAS容易系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)在線工業(yè)檢測。所以近十年TDLAS技術(shù)無論在科研應(yīng)用和商業(yè)市場上都有了迅猛的發(fā)展。

本文以TDLAS應(yīng)用舉例介紹美國Bristol Instruments公司771系列激光頻譜分析儀可用于準(zhǔn)確于快速的評測TDLAS系統(tǒng)中的可調(diào)諧激光器。

激光頻譜測試界面實(shí)例

一 .快速準(zhǔn)確的評估激光器的當(dāng)前調(diào)諧波長與邊模抑制比：

圖一.不同氣體組分的吸收峰

如圖1所示，每種氣體組分均具備豐富的氣體吸收峰，且不同氣體組分的吸收峰光譜帶會(huì)有一定程度的靠近甚至交叉，因此需要我們利用窄線寬可調(diào)諧激光器，把激光器的輸出波長精確的調(diào)諧到待測氣體組分的吸收峰，且盡量保證任何其他氣體組分在此激光輸出附近沒有吸收峰，從而盡可能的提升并保證待測氣體檢測靈敏度與待測氣體濃度檢測的選擇性與準(zhǔn)確度。

圖二. SMSR邊模抑制比

如圖2所示，一個(gè)足夠優(yōu)秀的激光具備很高的SMSR邊模抑制比，本例激光的邊模強(qiáng)度大致是激光主模輸出強(qiáng)度的-48dB；足以保證實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下邊模輸出下對應(yīng)的其他環(huán)境氣體吸收不至于影響到待測氣體吸收測試的準(zhǔn)確度。

圖三. 771A-NIR激光頻譜分析儀實(shí)測圖

  如圖三所示，771A-NIR激光頻譜分析儀實(shí)測圖，測試到一臺(tái)不足夠優(yōu)秀的分布反饋激光器含有一個(gè)稍強(qiáng)的旁帶邊模，測試數(shù)據(jù)如下：

實(shí)測數(shù)據(jù)解說：

771A-NIR激光頻譜分析儀的0.01pm波長測試分辨率和0.2pm波長測試絕對準(zhǔn)確度足以準(zhǔn)確標(biāo)定當(dāng)前調(diào)諧波長，

被測激光器的主模輸出1532.82803 nm；有一個(gè)邊模波長在1531.79267 nm；與主模的強(qiáng)度差-29.27dB；一般性判定尚不足以影響到TDLAS測試準(zhǔn)確度。如果科研人員或TDALS設(shè)備生產(chǎn)廠家精益求精的話，可以在氣體吸收譜庫內(nèi)查詢最強(qiáng)邊模波長點(diǎn)處有無其他氣體的吸收峰，萬一待測混合氣體正好有落在激光邊模波長的吸收峰，可以進(jìn)一步評估是否可能對主模峰吸收測試會(huì)產(chǎn)生可見的影響。

小結(jié)：771激光頻譜分析的頻譜測試功能界面特別適合于TDLAS研究者對激光器做評估以及TDLAS整機(jī)設(shè)備廠家的對激光光源做篩選與品質(zhì)管理。

二．TDLAS可調(diào)諧激光波長調(diào)諧范圍的測試

圖五.可調(diào)諧激光調(diào)諧頻段的測試

實(shí)測解說：

如圖五所示，黃色譜線是最近一次采樣的激光頻譜，藍(lán)色譜線為伴隨著波長調(diào)諧做多次激光頻譜測試的包絡(luò)線，所以藍(lán)色譜線的上沿平頂部分是分布反饋激光器在調(diào)變激光波長后掃描下的激光主模波長調(diào)諧的軌跡。無論對于科研用戶還是系統(tǒng)整機(jī)制造廠家，都是一個(gè)直觀評價(jià)可調(diào)諧激光調(diào)諧頻段的操作界面。

771系列激光頻譜分析儀其他特色

以上是以TDLAS可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜應(yīng)用舉例Bristol Instruments公司的771系列激光頻譜分析儀的兩個(gè)簡介明快的軟件子界面，在硬件特性上，771系列激光頻譜分析儀還有其他的重要特色：

業(yè)內(nèi)最寬的激光波長涵蓋范圍

對于TDLAS用可調(diào)諧激光評估測試而言，常用的激光器大致范圍是700nm-3000nm；常用的520-1700nm波段可以用771A-NIR一臺(tái)設(shè)備即可涵蓋; 如果需要拓展到中紅外甚至遠(yuǎn)紅外波段，可以選擇增購一臺(tái)IR波段比如771A-MIR用僅僅兩臺(tái)頻譜分析儀即可涵蓋可見光到遠(yuǎn)紅外可用于TDLAS應(yīng)用的所有FB激光，分布反饋激光器，外腔可調(diào)諧激光器，量子級聯(lián)激光器的波長與頻譜測試與分選工作。

方便的激光耦合方式

對于520-1700nm的近紅外波段，771A-NIR激光頻譜分析儀標(biāo)準(zhǔn)配備光纖耦合接口，用戶可利用單模光纖方便的將待測激光耦合進(jìn)771激光頻譜分析儀，對于利用771A-NIR激光頻譜分析儀做可調(diào)諧激光器拆選與品質(zhì)管理的工業(yè)客戶，建議考慮增加1帶8的光開關(guān)附件適合大批量多批次日常檢測。

對于1-12um中遠(yuǎn)紅外波段，可選用771A-IR或771A-MIR激光頻譜分析儀，標(biāo)準(zhǔn)配置空間光耦合入口并內(nèi)置可見光激光導(dǎo)引，方便客戶將待測激光耦合進(jìn)激光頻譜分析儀。 

內(nèi)置實(shí)時(shí)校準(zhǔn)激光器：

Brisltol的所有激光波長計(jì)和激光頻譜分析儀均內(nèi)置校準(zhǔn)激光，在無人為

干預(yù)的條件下自動(dòng)做實(shí)時(shí)波長校準(zhǔn)，時(shí)刻保持準(zhǔn)確的狀態(tài)。

沒有激光干涉儀的FSR自由光譜區(qū)限制：

由于采用可快速傅里葉變換算法，771系列激光頻譜分析儀沒有激光干涉儀的FSR自由光譜區(qū)限制，換句話講既可以測試窄線寬激光器，也可以測試帶寬寬達(dá)百納米的LED。

圖6. 771A-NIR測試近紅外寬帶LED頻譜

771系列激光頻譜分析儀著力突出性價(jià)比的市場定位：

-771頻譜分析儀做單次頻譜分析測試需要2秒時(shí)間，對于激光頻譜測試和激光器篩選與品質(zhì)管理已經(jīng)足夠快速，如果需要PID實(shí)時(shí)反饋控制激光波長建議選用刷新率可高達(dá)1kHz的871系列激光波長計(jì)。

-771系列激光頻譜分析儀比起光纖通信波段的光譜分析儀,其功能界面要簡單很多，原因是在于廠家著力強(qiáng)調(diào)激光頻譜分析，寬光譜范圍與高分辨率這些最關(guān)鍵點(diǎn)。

總結(jié)：美國Bristol Instruments公司771系列激光頻譜分析儀特點(diǎn)

采購兩臺(tái)設(shè)備即可涵蓋520nm-1700nm和1um-12um的超寬光譜段，波長測量分辨率0.01pm,波長測量絕對準(zhǔn)確度0.2pm，頻譜分辨率4-8GHz。

可以同時(shí)做頻帶很寬的和多個(gè)頻帶的LD或LED頻譜測試，適應(yīng)面超廣，單次頻譜測試時(shí)間2秒，滿足激光管檢測，分選和品質(zhì)管理需要自動(dòng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，測試準(zhǔn)確，操作簡便，價(jià)格合理。

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作者：先鋒科技公司 吳京航