滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用

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  2018年6月7日-9日,由生态环境部、北京市人民政府、中国国际商会、联合国环境规划署共同支持,中国环境?;げ敌嶂靼斓牡谑熘泄驶繁U估阑?CIEPEC2018)在北京开幕,滨松光子学商贸(中国)有限公司(以下简称“滨松中国”)受邀参展。借此机会,仪器信息网的工作人员采访了滨松中国的分析领域量子级联激光器(QCL)项目负责人周旭升,由他为我们介绍了QCL在环境大气遥感测量中的应用。
  滨松中国分析领域量子级联激光器项目负责人周旭升
  据了解,QCL是1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在贝尔实验室率先发明的。QCL的工作原理与通常的半导体激光器截然不同,它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制,其发光波长由半导体能隙来决定。量子级联激光器比其它激光器的优势在于它的级联过程,电子从高能级跳跃到低能级过程中,不但没有损失,还可以注入到下一个过程再次发光。
  烟气、汽车尾气等污染气体中所含有的氮氧化物、硫氧化物等成分,对我们的健康有着很大的威胁,监测它们的排放情况,中红外波段光这时就大有用处了。
滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用
  QCLAS(量子级联激光调谐吸收光谱)技术是利用中红外光指纹峰来判断气体的种类和浓度的一种办法。目前常见的污染气体(有机/无机)在4μm~10μm内都有多重的、极其强烈的吸收峰。在这更宽的波长选择区间,QCL更高的功率可以实现低检出限(ppb以下)、高精度(ppb)、远距离(Km)、抗干扰、多组分(订制波长)。
滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用
  与同类厂商相比,滨松QCL采用的是DFB(分布式反馈激光器)结构,在内部设置了衍射光栅,可使光谱带宽处于非常窄的单一波长。虽然DFB-QCL很难实现量产,但滨松目前已拥有了充实的可定制化产品线。值得一提的是,滨松拥有芯片的生产专利,而且滨松QCL的整个生产过程均在自己的工厂完成,全环节无外包,保证产品质量的同时各个环节的反馈能够得到及时的响应。
  最关键一点,滨松公司的QCL已经走出实验室,全线产品工作在10~50℃外界环境温度;长时间功率和波长可靠性可以大大节省前处理成本、校准周期和工序!在采访过程中,周工说到,“我们还有四点承诺,那就是我们的调试范围肯定是在正负一个波数的,而且绝对不会有模跳,单一精确波长,和最低20mW输出功率,这四点是绝对的承诺!”
  从客户角度来讲,探测器和光源都来自同一个厂家是具有很大优势的。比如,目前多数的仪器制造商都是从不同厂家分别购买的探测器件和光源。但若开发出来的设备没有达到预期的性能时,由于器件来自不同的地方,就很难知道配合使用过程中的问题所在。在这方面,滨松拥有绝对的优势,除了光源,滨松是唯一可同时提供对应红外探测器的厂家,包括器件和???。
  在采访中,周工坦言,QCL目前还是小众技术,对于客户而言,它的成本相对较高,因此整个市场的销量也相对较少。周工形象地用“先有鸡?还是先有蛋?”的问题来比喻了QCL的市场情况。当客户的使用量增长以后,产品的成本自然会下降。对于光谱分析技术,中红外技术仍在发展阶段,在这个过程中,滨松是走在前面的,也希望通过和更多的客户合作,共同发展QCL激光分析技术以及其应用。
  对于中国市场,滨松的客户目前集中在学术领域,在工业领域虽然还没有大批量的量产用户,但是大家对这中红外可调谐激光技术都表示出了强烈的兴趣。为更加方便国内客户对技术的了解和接触,滨松在中国专门配备了样机,供客户免费试用。在空气污染问题日益严峻的现在,我们也希望通过滨松这样的新型技术发展,为我们的环境监测应用带来更多的支持和可能。
滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用
环保展中滨松展示的QCLAS DEMO
滨松量子级联激光器在大气遥感测量中的应用
滨松中国展位
责任编辑: 奶糖
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