發(fā)布時間：2021-01-23 20:44

　　基于激光光譜法的甲烷檢測技術(shù)因具有檢測速度快、選擇性強和檢測靈敏度高等優(yōu)點而被廣泛研究。然而,該技術(shù)的性能受到激光器的調(diào)諧速率、系統(tǒng)光路、光電流采樣率和驅(qū)動電流幅度等眾多因素的影響。為提高甲烷光譜分辨率和檢測靈敏度這兩項關(guān)鍵指標,通過采用7.6μm量子級聯(lián)激光器和碲鎘汞光電探測器,以及設(shè)計脈沖電流驅(qū)動器和防反射氣池,搭建了一套甲烷吸收譜測量系統(tǒng)。通過脈內(nèi)掃描光譜法,同時監(jiān)控驅(qū)動電流和光電流脈沖信號,得到了最佳激光器驅(qū)動電流,測得甲烷光譜分辨率為9.56×10^-3 cm^-1,該結(jié)果為本條件下器件的理論極限;采用平均濾波和降噪算法來提高檢測靈敏度,并對不同體積分數(shù)的甲烷進行標定,得到0.14 s檢測時間下的最低檢測限為3.2×10^-11 m/■,該指標具有較大的先進性。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

吸收譜測量系統(tǒng)原理框圖

本文采用的是波長為7.6μm的分布式反饋（DFB）量子級聯(lián)激光器，其管芯尺寸為1 mm×2 mm×0.1 mm，采用導熱膠將激光器連同激光器熱沉一并粘在半導體制冷片（TEC）的致冷面進行精確控溫，將負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻粘到TEC致冷面用于測溫，并將TEC的另一面緊貼于激光器封裝外殼上，用于散熱。所封裝的激光器如圖2所示，左側(cè)是DFB激光器管芯和載體，右側(cè)是采用14引腳蝶形管殼封裝后的激光器。在激光器出光口處放置一直徑4 mm、厚度0.5 mm的氟化鈣窗片，對激光器進行充氮氣密封。由于量子級聯(lián)激光器的發(fā)散角較大，在激光器的輸出端口上需放置準直透鏡，并依據(jù)激光器的發(fā)散角來確定透鏡直徑，依據(jù)焦距來確定激光器與透鏡之間的距離。本系統(tǒng)采用硒化鋅雙凸透鏡來進行光路的準直，并采用相同的透鏡將經(jīng)過氣池之后的光線匯聚到光電檢測器上。此外，在激光吸收譜測試過程中，反射光不僅影響系統(tǒng)性能，也影響激光器本身，因此，需要針對特定波長對透鏡鍍增透膜，鍍增透膜之后的透鏡在8～10μm波長內(nèi)平均反射率小于1.5%，在波長7.6μm處反射率也很低。

在吸收譜測量系統(tǒng)中，光路的反射和干涉會引入噪聲，并耦合到光電流信號中，影響檢測靈敏度[7]。目前常規(guī)氣池的出入口窗片相互平行，本系統(tǒng)為減小光路干擾，采用不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計了一款45°入射角且兩窗片不平行的氣池，在氣池兩端采用鍍有增透膜的CaF2窗片進行密封，并在氣池兩側(cè)分別開進出氣孔，用于氣體進出。氣池結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。1.3 電路控制設(shè)計與選用

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2995895