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TDLAS-4560-N2O-MIR 中红外TDLAS N2O ppm级浓度分析系统 4.56um
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- TDLAS-4560-N2O-MIR
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公司简介
筱晓(上海)光子技术有限公司成立于2014年，是一家被上海市评为高新技术企业和拥有“上海市专精特新企业称号”的专业光学服务公司，业务涵盖设备代理以及项目合作研发，公司位于大虹桥商务板块，拥有接近2000m²的办公区域，建有500平先进的AOL(Advanced Optical Labs)光学实验室，为国内外客户提供专业技术支持服务。公司主要经营光学元件、激光光学测试设备、以及光学系统集成业务。十年来，依托专业、强大的技术支持，以及良好的商务支持团队，筱晓的业务范围逐年增长。目前业务覆盖国内外各著名高校、顶级科研机构及相关领域等诸多企事业单位。筱晓拥有一支核心的管理团队以及专业的研发实验室，奠定了我们在设备的拓展应用及自主研发领域坚实的基础。
公司自成立以来，始终遵循诚信发展、探索创新、务实致远、以质取胜的服务理念，并在产品开发和销售中贯彻到底。公司自始至终秉承着国际标准的质量安全保障。多年来，公司一直致力于光学设备的设计开发，以及知识产权的保护。我们将不断完善管理机制和技术水平，为客户提供更安全环保的产品以及更优质的服务。
应用领域
医学医用相关产品分类：Wasach OCT光栅、 SLD 二极管、高速扫频激光器、SOA 放大器、光纤延迟线，OCT光谱分析仪 ......
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光纤通讯与传感相关产品分类： 波分复用器、光纤放大器、高速光电探测器、锁频半导体可调谐激光器、强度/相位调制器、特种光纤、超窄线宽稳频激光器模块、光通讯DFB激光器......
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微波光子相关产品分类：20G信号发生器、高速电光调制器、高速光电探测器、高频相位/强度电光调制器、高速示波器 、任意波形发生器...... |
气体分析相关产品分类：单模声光调制器 、超高反射率反射镜、光电探测器模块 、小型化气室、中红外气体吸收池、激光气体分析综合控制器、DFB激光二极管、中红外超连续谱光源、高精度波长计......
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量子计算相关产品分类： 外腔半导体激光器、空间光隔离器 、电光调制器、高精度波长计 、高精度光谱分析仪......
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激光雷达相关产品分类：窄线宽稳频激光器模块、FMCW DFB激光器、ns级超快光开关，光电平衡探测器......
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半导体分析相关产品分类：激光光束分析仪、激光芯片LIV测试系统、近红外相机、六轴位移台、光束匀化...... |
机械视觉相关产品分类：经济型荧光近红外数字相机、低成本近红外InGaAs铟镓砷相机，中红外高性能非制冷相机、UV CMOS/CCD紫外波段相机、 SWIR镜头(C-mount）...... |
先进光学实验室
半导体综合分析实验室：半导体激光器光谱分析，功率测试，光束质量测试，线宽测试，各种光无源器件的测试，光纤放大器等等近红外产品的测试。目前我们在半导体测试，TDLAS激光法气体分析检测，CRDS腔衰荡系统,DTS高温传感以及DVS等项目研究开发领域有着深厚的积累，能够为客户提供更加精准的器件方案支持。
未来前沿光学综合实验室：负责公司未来前沿科学的相关应用支持。其中包括：自适应光学，量子计算，微波光子，太赫兹，微纳光学等技术学习与推广应用，
自适应光学：波前分析仪，可变形镜，近红外CCD相机；
微波光子：是德科技20G矢量网络分析仪，25G信号发生器，20G高速调制器，22G光电接收器，光谱仪AQ6375B、771B-MIR波长计等测量设备;
太赫兹：300G太赫兹发生器，太赫兹功率计，太赫兹时域光谱仪分析仪；
微纳光学：微纳光纤制作平台，光学显微镜，2-4.5um超连续谱光源；
量子计算：（在建中）
高新技术企业证书
详细信息
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，在二极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。
一氧化二氮：又称笑气，是一种无机物，化学式N2O，是一种危险化学品，呈无色有甜味气体，是一种氧化剂，在一定条件下能支持燃烧，但在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致人发笑。笑气进入血液后会导致人体缺氧，长期吸食可能引起高血压、晕厥，甚至心脏病发作。此外，长期接触此类气体还可引起贫血以及中枢神经系统损害等。
实验仪器:
1、4.56um高功率台式DFB-QCL量子级联激光器
2、2-15um碲镉汞（MCT）中红外光电探测器，带放大，带TEC
3、中红外5米光程简波宽带气室
一、原理描述
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，在二极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。
一氧化二氮：又称笑气，是一种无机物，化学式N2O，是一种危险化学品，呈无色有甜味气体，是一种氧化剂，在一定条件下能支持燃烧，但在室温下稳定，有轻微麻醉作用，并能致人发笑。笑气进入血液后会导致人体缺氧，长期吸食可能引起高血压、晕厥，甚至心脏病发作。此外，长期接触此类气体还可引起贫血以及中枢神经系统损害等。
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级，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 在进行气体检测时，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； （3）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、4.56um高功率台式DFB-QCL量子级联激光器
4.56um高功率台式DFB-QCL量子级联激光器是上海筱晓光子开发的可调谐连续光激光器，波长调谐范围可达30nm，准直输出功率高达180mW，能够满足气体传感分析测试、中红外测试光源等条件。台式DFB-QCL激光器模块内部集成了数字激光驱动、可调增益放大器、1f/2f数字锁相放大器、模拟输出温控单元，并可通过软件控制调谐激光器的温度和工作电流。我们的激光器准直输出功率稳定，波长稳定性好，是中红外高功率优秀测试光源。
光谱图
波长调谐曲线
2、2-15um碲镉汞（MCT）中红外光电探测器，带放大，带TEC
MCT-15-4TE放大探测器是一种热电冷却光电导HgCdTe(碲镉汞，MCT)探测器。这种材料对2.0到15 μm的中红外光谱波段光波敏感。半导体制冷片(TEC)采用一个热敏电阻反馈电路对探测器元件的温度控制在-30 °C，从而将热变化对输出信号的影响Min化。为了获得好的效果，我们推荐将输出电缆(不附带)与一个50欧姆的终端连接。由于探测器是AC偶合的，因此它需要一个脉冲或斩波输入信号。交流耦合探测器不会看到未斩波的直流信号，因为它们只对强度变化而不是强度的jue对值敏感。
3、中红外5米光程简波宽带气室
LD-PD简波宽带气室主要针对红外傅里叶等光谱技术应用。气室结构采用简波气室结构，探测光为中远红外非相干光源，针对高温和耐腐蚀需要，以方便被测气体的测量，开发了主体和光学组件均采用经过防腐蚀处理的特殊金属材料，可以在湿热腐蚀气体条件下长期稳定可靠工作，对包括SO2、NOx、VOCS、NH3、O2、CO、CO2、HCL、H2O等主要气体成分做精确的测量和分析，在包括主要大气污染物监测、燃烧煤烟气排放监控、垃圾焚烧排放监控、化工园区污染物监测以及工业在线控制等领域有广泛应用前景。
四、实验测试
本次实验使用4.56um高功率台式DFB-QCL量子级联激光器结合MCT中红外光电探测器测试中红外5米光程简波宽带气室中的N2O气体（1000ppm）。
系统示意图
操作步骤：
1、 安装4.56um QCL激光器，准直输出到中红外5米光程简波宽带气室；
2、 中红外5米光程简波宽带气室另一端放置MCT探测器；
3、 将MCT探测器BNC输出端接到4.56um QCL激光器的PREAMP前置放大端；
4、 用一根SMA-BNC线连接示波器和4.56um QCL激光器的DACOUT模拟输出端；
5、 用一根SMA-BNC线连接示波器和4.56um QCL激光器的TRIG OUT触发端；
6、 打开激光器和探测器；
7、 调节软件参数，在示波器上观察二次谐波信号波形、幅值等信息。
过程分析：
利用电脑端的控制软件调节电流和温度的大小对波长进行调谐，使激光器实现一定波长范围的扫描，使输出波长覆盖气体的吸收峰，锁相放大器提供高频正弦调制信号，使激光器输出频率得到正弦调制，激光器发出的光经过气体吸收池，通过探测器进入PREAMP端前置放大电路，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。
五、实验结果
1、二次谐波波形及调制参数如下：
二次谐波
软件参数设置
2、验证分析：
通过查询Hitran数据库得到在波数为2188.8cm-1到2189.8cm-1范围内的吸收谱线如下：
