nanoplus帶間級聯ICL激光器開啟中紅外氣體傳感新應用

　　【導讀】

　　nanoplus作為一家致力于可調諧激光器研發和生產的德國企業，最新推出3-6μm中紅外波段范圍內的帶間級聯激光器（Interband Cascade Lasers, ICLs），把激光氣體分析推向了一個更高靈敏度，更廣泛的應用。

　　【正文】

　　吸收光譜的研究和工業應用已經持續發展了幾十年，如今，吸收光譜應用也變得越來越重要，特別是基于可調諧激光吸收光譜（TLAS）技術在工業過程控制，有毒有害易燃易爆氣體監測，大氣環境跟蹤監測等領域的應用。近紅外激光吸收光譜技術是檢測許多工業氣體的優秀解決方案，但是對于某些目標氣體，他們相比中紅外的吸收峰還是比較弱，甚至沒有吸收峰，因此發展中紅外激光氣體分析成為一個趨勢和補充。

　　利用中紅外ICL激光器分析氣體的優勢主要在兩個方面，一個是具有強吸收峰，另一個方面是ICL激光器具有卓越性能。關于吸收峰，大部分氣體在3-6μm范圍內具有非常強的吸收峰（如左下圖），比如用5.2μm ICL激光器測NO（NO在1.8μm吸收峰相對比較弱，5.2μm吸收強度就能夠增加幾個數量級），又比如我們要測碳氫化合物如甲醛，在近紅外都沒有吸收峰，但我們可以從3.5μm附近找到，并輕松地測出甲醛濃度。關于ICL激光器的性能，通過比較其與3-6μm區域DFB和QCL，即可得出ICL激光器具有明顯的優勢，在這個區域DFB或者QCL激光器的功耗非常高，需要注入比較大的電流，同時產生了非常多的熱量，這樣對激光器特別是在工業惡劣環境下的穩定性造成非常大的影響，極其不穩定，但ICL在這個區域內工作電流相對較低，功耗低，工作穩定性好（如右下圖）。

　　這里，我們可以舉一些具體的應用案例，比如汽車尾氣檢測，汽車尾氣需要檢測組分氣體CO，CO2，NO，和C3H8，傳統方法是選擇1-2μm區域的吸收峰，但這個區域吸收強度不夠，檢測精度不高，而我們現在把這個組分氣體的吸收峰改成選擇中心波長2330nm，2004nm，5.2μm，和3.3μm，即能大幅度地提高氣體的吸收強度，實現低濃度檢測。

　　又如，通過3.5μm ICL激光器測木制品的甲醛含量，甲醛為致癌物質，在傳統檢測方法中，采用化學萃取方法，檢測速度慢，過程繁瑣，而如果采用紅外檢測方法，靈敏度不高，而且存在交叉干擾，而現在，我們采用ICL激光器用TDLS的分析方法，即能實時監測甲醛濃度，而且精度高，檢測下限低，能有效避免甲醛揮發對人體造成的危害。

　　大量的研究和案例說明（哈佛大學Hitran數據庫已經發表了越來越多這方面的研究案例），ICL激光器在高靈敏度氣體分析上面最具有發展前景，而且由于ICL激光器具有低功耗的優勢，未來發展成緊湊輕巧的手持設備也將很快得到實現。