Как работает лазер EML в приложениях для детектирования газов?

Вы когда-нибудь задумывались, как такие следовые газы, как метан, углекислый газ или аммиак, можно обнаруживать с чрезвычайно высокой точностью в режиме реального времени? В этой статье мы подробно объясним принцип работы EML-лазеров и расскажем, почему они стали предпочтительным источником света в современных высокопроизводительных системах газового анализа.

Что такое лазер EML?

EML расшифровывается как лазер с модуляцией электропоглощения. Это передовой полупроводниковый лазер, в котором на одном чипе интегрированы лазер с распределённой обратной связью (DFB) и модулятор электропоглощения (EA-модулятор).

• Лазерный блок DFB обеспечивает высокостабильный выход с одной длиной волны (один продольный режим).
• Раздел модулятора EA управляет интенсивностью света, подавая напряжение для изменения характеристик поглощения полупроводникового материала, что позволяет осуществлять высокоскоростную модуляцию включения и выключения света без изменения длины волны.

Этот монолитный интегрированный дизайн позволяет лазерам EML одновременно обладать превосходной стабильностью длины волны, узкой шириною спектра и возможностью высокоскоростной прямой модуляции (обычно выше 10 ГГц), что трудно достижимо для традиционных лазеров DFB с модуляцией постоянным током или решениями с внешним модулятором.

Как лазер EML решает ключевые задачи в области газового чувствования

Газовый sensing, особенно спектроскопия поглощения на основе туннелирующего диодного лазера (TDLAS), требует, чтобы источник света одновременно отвечал нескольким строгим условиям:

1. Точное согласование длины волны — необходимо точно совпадать с линией поглощения целевого газа (обычно в ближнем инфракрасном диапазоне 1270–1650 нм).
2. Чрезвычайно узкая ширина линии — для повышения спектрального разрешения и предела обнаружения
3. Быстрая возможность настройки длины волны — для сканирования пиков поглощения за микросекунды
4. Высокая полоса модуляции — поддерживает высокочастотную модуляцию для подавления шума 1/f

Лазер 10G TDM EML полностью соответствует вышеперечисленным требованиям:

• Встроенная структура DFB гарантирует одноимпульсный выход с шириной линии, обычно менее 1 МГц.
• Благодаря точному контролю температуры чипа и тока DFB длина волны может быстро и непрерывно настраиваться в пределах нескольких нанометров — идеально подходит для сканирования пиков поглощения газов.
• Модулятор EA обеспечивает прямую модуляцию со скоростью 10 Гбит/с и выше, легко реализуя модуляцию длины волны (WM) или частотную модуляцию (FM) на уровне МГц, необходимые для технологии TDLAS.
• Монолитная интеграция значительно снижает размер устройства, энергопотребление и стоимость по сравнению с традиционными настраиваемыми лазерами с внешней полостью или схемами внешних модуляторов.

Типичный поток приложений в системе обнаружения газов

1. Лазер EML выдаёт стабильный луч с одной длиной волны (например, 1653 нм для обнаружения метана).
2. Терморегулятор + регулятор тока точно настраивают центральную длину волны на целевую линию поглощения.
3. Высокочастотный сигнал в форме треугольной или синусоидальной волны подаётся на секцию EA для достижения быстрого сканирования длины волны или обнаружения второй гармоники.
4. Луч проходит через газовую камеру или открытый оптический путь, а прошедшее световое излучение принимается детектором высокой чувствительности.
5. После усиления с помощью фазовой синхронизации и обработки сигнала получают информацию о концентрации газа на уровне ppb (частей на миллиард).

Благодаря превосходной производительности EML, вся система может обеспечивать скорость отклика на уровне миллисекунд, долгосрочную стабильность и высокую помехоустойчивость, широко применяется в:

• Мониторинг утечек на газопроводе
• Обнаружение качества окружающего воздуха
• Анализ промышленных технологических газов
• Мониторинг выбросов парниковых газов
• Мониторинг безопасности на угольных шахтах и в туннелях

Почему стоит выбрать лазер 10G TDM EML от Wuhan Siyou для газового зондирования?

Компания Wuhan Siyou Optoelectronics с гордостью представляет высоконадежные 10G TDM-PON EML-лазеры, полностью соответствующие требованиям высококлассного газового детектирования. Наши продукты обладают следующими характеристиками:

• Ультраузкая ширина линии и отличное отношение подавления побочных мод.
• Широкий диапазон длин волн (1270 нм – 1650 нм, несколько стандартных полос поглощения газов)
• Встроенный термоэлектрический охладитель (TEC) и изолятор для стабильной работы в полевых условиях
• Проверенная конструкция с длительным сроком службы, прошедшая строгую сертификацию надежности Telcordia GR-468.

Независимо от того, создаете ли вы новый газовый анализатор TDLAS или модернизируете существующую систему, лазер EML от Wuhan Siyou обеспечивает наиболее экономичное сочетание производительности и надежности.

Узнайте больше о нашем 10G TDM EML-лазере: https://en.whsygd.com/products_detail/10G-TDM-EML-Laser.html

Начните уже сегодня добиваться более высокой точности и быстрого отклика в своих проектах по обнаружению газов!