调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术简介

调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术简介

一、调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术简介

TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称，该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性，通过调制激光器的波长，使激光器的波长扫描过被测气体分子的吸收峰，从而基于比尔朗伯定律，使气体分子对被调制的激光进行吸收，从而根据吸收量实现对气体分子浓度的测量。

调谐半导体吸收光谱（TDLAS）技术是激光吸收光谱（LAS）技术的一种。根据激光器的不同驱动形式，激光吸收光谱（LAS）技术可以分为：直接吸收法和调制吸收法。

这两种技术各有优缺点：

• 直接吸收法：需要锁定激光器驱动电流，不需加载2f谐波信号，结构简单，成本低，但容易受干扰，尤其是低频干扰，所以灵敏度相对低些。
• 调制吸收法：需要给到激光器锯齿波驱动电流信号，同时需要加载2f谐波信号到驱动电流上，结构会相对复杂一些，成本要比直接吸收法高一些，但是灵敏度高，能够避开低频干扰。其中又进一步分为波长调制类和频率调制类，波长调制类需要更大的调谐范围，频率调制类需要很高的扫描频率和调制频率，技术复杂，灵敏度更高。本篇主要介绍调制吸收法的调谐半导体吸收光谱(TDLAS)。

二、调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术原理

根据客户检测不同气体和不同探测灵敏度需求，可以提供近红外检测以及吸收线强的中远外检测，可实现单种气体和多组分同时检测解决方案。检测不同气体所需的吸收峰可以参考相关技术资料。

针对不同波长，近红外可以选择性价比最高的德国VERTILAS的VCSEL激光器，中红外可以选择Alpes Lasers的高功率QCL激光器，以及与激光器配套的高灵敏度中红外光电二极管。

调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术驱动需要使用锯齿电流扫描信号给到激光器，从而使激光器发出的激光的波长是调谐扫描的。驱动波形采用的是低频锯齿波叠加高频正弦波的方式，三角波为扫描作用决定输出强度，正弦波为调制作用。如下波形图：

经过气体吸收之后，需要通过TDLAS信号解调板对光电二极管得到的光电信号进行解调，从而得到随浓度变化的2f谐波信号。

三、应用领域

调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术主要应用于环境监测、工业过程控制、安防火灾、汽车尾气监测、生物和医学研究等领域光谱检测。