En los sistemas de detección de gas TDLAS, el láser DFB (Retroalimentación Distribuida) sirve como fuente de luz central. Los láseres DFB se caracterizan por anchos de línea estrechos, salida de modo longitudinal único, alta estabilidad de longitud de onda y capacidad de sintonización precisa. Su longitud de onda de emisión se puede hacer coincidir con precisión con la línea de absorción del gas objetivo y ajustarse mediante temperatura o corriente impulsora para permitir el escaneo y la detección a través del pico de absorción, lo que los convierte en una opción ideal para el monitoreo de gases industriales, el análisis ambiental y la investigación científica.
(1) El láser DFB emite un rayo láser coherente y monomodo con una longitud de onda sintonizada con la línea de absorción de gas objetivo.
(2) El rayo láser pasa a través de una celda de gas que contiene la muestra que se va a medir.
(3) El gas absorbe parte de la luz láser en su longitud de onda característica, mientras que la luz restante se transmite.
(4) Un fotodetector captura la luz transmitida o reflejada y la convierte en una señal eléctrica.
(5) El sistema analiza la señal mediante algoritmos de detección de bloqueo, demodulación o transformada de Fourier para calcular la concentración de gas de acuerdo con la ley de Beer-Lambert.
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Componente |
Descripción de la función |
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Láser DFB |
Proporciona una fuente láser monomodo de ancho de línea estrecho. Su longitud de onda de emisión se sintoniza mediante control de temperatura para escanear a través de la línea de absorción característica del gas objetivo, mientras que la corriente de inyección se modula a alta frecuencia para mediciones de espectroscopía de modulación de longitud de onda (WMS). |
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Celda de gas |
Una cámara sellada que contiene el gas objetivo y que proporciona una longitud de camino óptico definida para la medición de la absorción. Los módulos opcionales de control de temperatura y presión mejoran la estabilidad de las mediciones y reducen los errores causados por las variaciones ambientales. |
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Fotodetector (PD) |
Convierte la señal óptica tras la interacción con el gas en una señal eléctrica para su posterior amplificación, demodulación y análisis de concentración. |
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Divisor de haz/acoplador de fibra óptica |
El divisor de haz se adapta a un sistema óptico de espacio libre, mientras que el acoplador de fibra se adapta a una configuración totalmente de fibra. Divide el láser en rutas de referencia y de medición. La señal de referencia se utiliza para compensar las fluctuaciones de potencia del láser y mejorar la precisión de la medición (opcional). |
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Sistema de procesamiento de señales |
Amplifica las señales débiles del fotodetector y realiza demodulación por espectroscopía de modulación de longitud de onda (WMS), incluida la extracción de armónicos 1f/2f, para obtener información de absorción de gas y determinar la concentración de gas. |
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Sistema de control/computadora |
Proporciona control del sistema, configuración de parámetros, adquisición de datos, procesamiento de señales, cálculo de concentración, almacenamiento de datos y visualización en tiempo real de los resultados de las mediciones. |
Diodo láser de mariposa DFB de 760 nm y 10 mW
Diodo láser de mariposa DFB de 1392 nm y 10 mW
Láser acoplado de fibra de 1683 nm y 10 mW
Láser de mariposa DFB de alta potencia, 1653,7 nm y 40 mW
Diodo láser acoplado a fibra DFB de 1651 nm
Diodo láser DFB BTF de 1625 nm
Diodo láser de mariposa DFB de 1567 nm
Diodo láser DFB SM PM de 1580 nm
P1: ¿Qué longitud de onda del láser DFB se utiliza normalmente en TDLAS?
A1:
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Gas |
Longitud de onda (nm) |
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1 |
CO2 |
1572.45 |
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2 |
O2 |
760 |
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3 |
CH4 |
1653 |
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4 |
N2O |
1392/2257 |
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5 |
CO |
1566 |
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6 |
NH3 |
1512.2 |
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7 |
SO2 |
7160 |
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8 |
NO |
1800/2650 |
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9 |
H2S |
1574,5/1590 |
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10 |
C3H8 |
3370 |
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11 |
SF6 |
1576.3 |
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12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
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13 |
C2H4 |
1625.9 |
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14 |
C2H6 |
1683.1 |
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15 |
HCl |
1742 |
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16 |
frecuencia cardíaca |
1278/1273 |
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17 |
HCN |
1540 |
P2: ¿El láser DFB requiere un aislador?
R2: Se recomiendan aisladores ópticos en sistemas TDLAS basados en fibra o en configuraciones con una importante retrorreflexión óptica. También pueden resultar beneficiosos en configuraciones de espacio libre donde existen reflejos residuales. El aislador suprime la retroalimentación óptica, evitando saltos de modo, inestabilidad de frecuencia y fluctuaciones de potencia de salida, garantizando así un funcionamiento estable del láser monomodo y una estabilidad mejorada de la línea base de medición.
P3: ¿Por qué el láser DFB es la fuente de luz preferida para TDLAS en lugar del láser FP o VCSEL?
R3: Los láseres DFB, rejillas de Bragg integradas, proporcionan una emisión estable de frecuencia única y ancho de línea estrecho con SMSR alto (>35 dB) y sintonización sin saltos de modo. En comparación, los láseres FP exhiben una emisión en modo multilongitudinal y una estabilidad de longitud de onda limitada, mientras que los VCSEL generalmente ofrecen un rango de sintonización restringido que puede no cubrir completamente las características de absorción requeridas. La pureza espectral superior y la estabilidad de sintonización de los láseres DFB mejoran significativamente la SNR de detección de armónicos, lo que los convierte en la fuente de luz preferida para la detección de gases WMS-TDLAS (1f/2f) de alta precisión.
P4: ¿Qué opciones de paquete están disponibles para los láseres TDLAS DFB?
A4: dos paquetes principales:
①Paquete mariposa de 14 pines: integra un TEC, un termistor NTC y un fotodiodo de monitor, con un aislador óptico opcional. Se utiliza ampliamente en sistemas TDLAS acoplados a fibra de alta precisión que requieren una estabilización precisa de temperatura y potencia.
②TO-can (TO5/TO46): una solución compacta diseñada para configuraciones de salida colimadas o en espacio libre. Por lo general, carece de control TEC integrado y puede requerir estabilización de temperatura externa. Es adecuado para aplicaciones de detección de gas de camino abierto miniaturizadas y sensibles al costo.
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