CN103545709A - 用于气体浓度检测的激光光源装置 - Google Patents

用于气体浓度检测的激光光源装置 Download PDF

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Inventor
李刚
陈琤
常洋
罗红星
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Abstract

本发明公开了一种用于气体浓度检测的激光光源装置，属于气体浓度检测设备领域，为解决现有装置波长调谐范围小等问题而设计。本发明用于气体浓度检测的激光光源装置包括相连接的微处理器、光源模块、制冷器和串口通信组件。光源模块为分布式布拉格反射激光器；分布式布拉格反射激光器包括增益区、相区和光栅区，微处理器分别电流驱动增益区和光栅区。本发明用于气体浓度检测的激光光源装置在进行波长调制时不会引起光强幅度的变化，避免了剩余幅度调制对检测信号信噪比及二次谐波线型的负面影响，降低了对光源的挑选苛刻程度，可以实现同一波长的不同功率输出；可以提供较高的输出功率，适用于复用式多点组网气体监测。

Description

用于气体浓度检测的激光光源装置
技术领域
本发明涉及一种用于气体浓度检测的激光光源装置。
背景技术
随着大气污染问题得到更多的关注，大气质量有效监测成为治理大气污染的首要问题。与传统的非光学检测方法相比，可调谐二极管激光吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS）因其精度高、灵敏度高、响应速度快、对恶劣环境适应性强、可同时检测多种气体等优点而广泛应用于工业生产环境监测、大气科学光谱测量和痕量分析等领域。
目前主流的TDLAS技术所采用的光源为分布式反馈激光器（DFBDistributed Feedback Laser)。在直接对DFB激光器波长进行调制时会伴随产生残余振幅调制（RAM：residual amplitude modulation）；频率调制与振幅调制之间的相位并非完全一致，而是存在着相位差，并且该相位差对二次谐波信号及线型都有影响。特别是被测气体的压力相对较高时，这种影响就更加明显，造成测量不准确、波长调谐范围小、检测过程复杂、对器件的选择较为严格等问题。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种波长调谐范围大且使用范围广的用于气体浓度检测的激光光源装置。
本发明的另一个目的是提出一种测量精确的用于气体浓度检测的激光光源装置。
本发明的再一个目的是提出一种状态稳定的用于气体浓度检测的激光光源装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于气体浓度检测的激光光源装置，包括相连接的微处理器和光源模块，所述光源模块为分布式布拉格反射激光器；所述分布式布拉格反射激光器包括增益区、相区和光栅区，所述微处理器分别电流驱动增益区和光栅区。
特别是，所述微处理器通过第一程控电流源驱动增益区，所述微处理器通过第二程控电流源驱动光栅区。
特别是，所述装置还包括制冷器，所述光源模块设置在所述制冷器上。
进一步，所述制冷器为半导体制冷器。
进一步，所述制冷器在所述微处理器的控制下控制温度、并在温度超标时报警。
特别是，所述装置还包括用于对外输出数据的串口通信组件，所述串口通信组件连接至所述微处理器。
本发明用于气体浓度检测的激光光源装置采用分布式布拉格反射激光器（DBR激光器）作为光谱吸收法气体浓度检测的光源，波长的调制不会引起光强幅度的变化，避免了剩余幅度调制对检测信号信噪比及二次谐波线型的负面影响；避免了检测算法中对幅度调制相位差的补偿，简化检测复杂度。DBR激光器输出波长调节范围较大，降低了对光源的挑选苛刻程度。DBR激光器的输出功率和波长具有分别可控的特点，可以实现同一波长的不同功率输出；可以提供较高的输出功率，用于复用式多点组网气体监测。
附图说明
图1是本发明优选实施例一的结构示意图；
图2是优选实施例一中所用DBR激光器的结构示意图。
图中标记为：
1、微处理器；2、光源模块；4、串口通信组件；31、第一程控电流源；32、第二程控电流源。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
优选实施例一：
如图1所示，本优选实施例提供一种用于气体浓度检测的激光光源装置，该用于气体浓度检测的激光光源装置包括一个三段式DBR激光器2、一个微处理器1、两个程控电流源、一个半导体制冷器（ThermoelectricCooler,TEC）、以及一个串口通信组件4。
DBR激光器结构如图2所示，其谐振腔由三部分组成：增益区、无源相区、以及布拉格光栅区。各部分可分别加电流独立控制：增益区用于为激光谐振提供反转粒子数，通过控制Ig可以控制激光器输出功率；相区通过控制Ip可用于调节相区的折射率，从而达到调整谐振腔光程长度的目的；光栅区用于为激光谐振提供纵模模式反馈，在光栅区注入电流Id可以控制谐振波长。
整个装置由微处理器1进行控制，采用第一程控电流源31对增益区进行电流驱动，采用第二程控电流源32对光栅区进行电流驱动。即，采用双DAC模块输出两路控制信号分别控制增益区与光栅区的驱动电流，以分别控制激光器的输出光强及波长。
DBR激光器安装在半导体制冷器（TEC）上，以保持符合工作状态要求的恒定温度。TEC的温度设置由微处理器控制，当温度超标时可以报警。
光源模块通过串口通信模块向外传输数据。
本优选实施例用于气体浓度检测的激光光源装置在用作谐波法气体浓度测量时，激光器的温度被TEC控制在一固定值，具体温度值取决于使用环境温度；增益区的驱动电流Ig的值大于激光器激射阈值，具体数值可根据所需输出光强来决定；光栅区的驱动电流Id为带直流偏置的一高频正弦交流信号，调节直流偏置将输出波长调节到气体吸收峰位置，交流分量对激光器的输出波长进行正弦调制，使得峰值波长在气体吸收峰±0.2nm范围内扫描。
优选实施例二：
本优选实施例提供一种用于气体浓度检测的激光光源装置的结构与优选实施例一基本相同，该装置包括相连接的微处理器和光源模块。所用光源模块为分布式布拉格反射激光器，包括增益区、相区和光栅区。微处理器分别电流驱动增益区和光栅区。
不同之处在于：微处理器对增益区和光栅区电流驱动的具体装置不限，可以是程控电流源，也可以是其它能实现增益区和光栅区电流驱动的装置。装置可根据具体的工作环境来确定是否设置制冷器，即使设置制冷器也不局限于半导体制冷器。制冷器的功能不局限于控制温度和温度超标时报警，也可以有其它与温度相关的性能。装置对外输出数据的具体装置不限，任何能实现数据输出的装置均可。

Claims (6)

1.一种用于气体浓度检测的激光光源装置，包括相连接的微处理器（1）和光源模块（2），其特征在于，所述光源模块（2）为分布式布拉格反射激光器；所述分布式布拉格反射激光器包括增益区、相区和光栅区，所述微处理器（1）分别电流驱动增益区和光栅区。
2.根据权利要求1所述的用于气体浓度检测的激光光源装置，其特征在于，所述微处理器（1）通过第一程控电流源（31）驱动增益区，所述微处理器（1）通过第二程控电流源（32）驱动光栅区。
3.根据权利要求1所述的用于气体浓度检测的激光光源装置，其特征在于，所述装置还包括制冷器，所述光源模块设置在所述制冷器上。
4.根据权利要求3所述的用于气体浓度检测的激光光源装置，其特征在于，所述制冷器为半导体制冷器。
5.根据权利要求3所述的用于气体浓度检测的激光光源装置，其特征在于，所述制冷器在所述微处理器的控制下控制温度、并在温度超标时报警。
6.根据权利要求1所述的用于气体浓度检测的激光光源装置，其特征在于，所述装置还包括用于对外输出数据的串口通信组件（4），所述串口通信组件（4）连接至所述微处理器。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104539370A (zh) * 2014-12-22 2015-04-22 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种激光器及光模块
CN104568835A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 山东大学 一种消除光纤传感系统中二次谐波剩余幅度调制的方法
CN110911948A (zh) * 2019-11-29 2020-03-24 西安奇芯光电科技有限公司 一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器
CN113109292A (zh) * 2020-01-13 2021-07-13 中国石油大学(华东) 一种基于tdlas的碳同位素检测系统及其检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004343043A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Korea Electronics Telecommun 広帯域波長可変抽出格子分布帰還型レーザダイオード
US20060124852A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Von Drasek William A Chemical species detection including a multisection laser for improved process monitoring
US20080225296A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Spectrasensors, Inc. Pressure-invariant trace gas detection
CN102522697A (zh) * 2012-01-09 2012-06-27 桂林优西科学仪器有限责任公司 Dbr可调谐激光光源系统及其控制方法
CN102967580A (zh) * 2012-11-09 2013-03-13 山东微感光电子有限公司 一种基于vcsel的低功耗气体检测方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004343043A (ja) * 2003-05-15 2004-12-02 Korea Electronics Telecommun 広帯域波長可変抽出格子分布帰還型レーザダイオード
US20060124852A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Von Drasek William A Chemical species detection including a multisection laser for improved process monitoring
US20080225296A1 (en) * 2007-03-14 2008-09-18 Spectrasensors, Inc. Pressure-invariant trace gas detection
CN102522697A (zh) * 2012-01-09 2012-06-27 桂林优西科学仪器有限责任公司 Dbr可调谐激光光源系统及其控制方法
CN102967580A (zh) * 2012-11-09 2013-03-13 山东微感光电子有限公司 一种基于vcsel的低功耗气体检测方法及装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104539370A (zh) * 2014-12-22 2015-04-22 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种激光器及光模块
CN104568835A (zh) * 2015-01-21 2015-04-29 山东大学 一种消除光纤传感系统中二次谐波剩余幅度调制的方法
CN110911948A (zh) * 2019-11-29 2020-03-24 西安奇芯光电科技有限公司 一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器
CN113109292A (zh) * 2020-01-13 2021-07-13 中国石油大学(华东) 一种基于tdlas的碳同位素检测系统及其检测方法
CN113109292B (zh) * 2020-01-13 2022-04-29 中国石油大学(华东) 一种基于tdlas的碳同位素检测系统及其检测方法

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