Dans les systèmes de détection de gaz TDLAS, le laser DFB (Distributed Feedback) sert de source lumineuse principale. Les lasers DFB se caractérisent par des largeurs de raie étroites, une sortie en mode longitudinal unique, une stabilité de longueur d'onde élevée et une accordabilité précise. Leur longueur d'onde d'émission peut être adaptée avec précision à la raie d'absorption du gaz cible et affinée via la température ou le courant de commande pour permettre le balayage et la détection sur le pic d'absorption, ce qui en fait un choix idéal pour la surveillance des gaz industriels, l'analyse environnementale et la recherche scientifique.
(1) Le laser DFB émet un faisceau laser cohérent monomode avec une longueur d'onde adaptée à la raie d'absorption du gaz cible.
(2) Le faisceau laser traverse une cellule à gaz contenant l'échantillon à mesurer.
(3) Le gaz absorbe une partie de la lumière laser à sa longueur d'onde caractéristique, tandis que le reste de la lumière est transmis.
(4) Un photodétecteur capture la lumière transmise ou réfléchie, la convertissant en un signal électrique.
(5) Le système analyse le signal à l'aide d'algorithmes de détection de verrouillage, de démodulation ou de transformée de Fourier pour calculer la concentration de gaz conformément à la loi de Beer-Lambert.
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Composant |
Description de la fonction |
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Laser DFB |
Fournit une source laser monomode à largeur de raie étroite. Sa longueur d'onde d'émission est réglée via un contrôle de température pour parcourir la ligne d'absorption caractéristique du gaz cible, tandis que le courant d'injection est modulé à haute fréquence pour les mesures de spectroscopie de modulation de longueur d'onde (WMS). |
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Pile à gaz |
Une chambre scellée contenant le gaz cible et fournissant une longueur de trajet optique définie pour la mesure de l'absorption. Les modules de contrôle de température et de pression en option améliorent la stabilité des mesures et réduisent les erreurs causées par les variations environnementales. |
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Photodétecteur (PD) |
Convertit le signal optique après interaction avec le gaz en un signal électrique pour une amplification, une démodulation et une analyse de concentration ultérieures. |
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Séparateur de faisceau/coupleur de fibre optique |
Le séparateur de faisceau correspond à un système optique en espace libre, tandis que le coupleur de fibre s'adapte à une configuration entièrement fibre. Il divise le laser en chemins de référence et de mesure. Le signal de référence est utilisé pour compenser les fluctuations de puissance laser et améliorer la précision des mesures (en option). |
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Système de traitement du signal |
Amplifie les signaux faibles du photodétecteur et effectue une démodulation par spectroscopie de modulation de longueur d'onde (WMS), y compris l'extraction harmonique 1f/2f, pour obtenir des informations sur l'absorption du gaz et déterminer la concentration du gaz. |
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Ordinateur/système de contrôle |
Fournit le contrôle du système, la configuration des paramètres, l'acquisition de données, le traitement du signal, le calcul de la concentration, le stockage des données et la visualisation en temps réel des résultats de mesure. |
Diode laser papillon DFB 760 nm 10 mW
Diode laser papillon DFB 1392 nm 10 mW
Laser couplé à fibre 1683 nm 10 mW
Laser papillon DFB haute puissance 1653,7 nm 40 mW
Diode laser couplée à une fibre DFB 1651 nm
Diode laser DFB-BTF 1625 nm
Diode laser papillon DFB 1567 nm
Diode laser DFB SM PM 1580 nm
Q1 : Quelle longueur d’onde du laser DFB est généralement utilisée dans TDLAS ?
A1 :
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Gaz |
Longueur d'onde (nm) |
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1 |
CO2 |
1572.45 |
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2 |
O2 |
760 |
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3 |
CH4 |
1653 |
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4 |
N2O |
1392/2257 |
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5 |
CO |
1566 |
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6 |
NH3 |
1512.2 |
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7 |
SO2 |
7160 |
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8 |
NON |
1800/2650 |
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9 |
H2S |
1574,5/1590 |
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10 |
C3H8 |
3370 |
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11 |
SF6 |
1576.3 |
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12 |
C2H2 |
1531.64/1521 |
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13 |
C2H4 |
1625.9 |
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14 |
C2H6 |
1683.1 |
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15 |
HCI |
1742 |
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16 |
HF |
1278/1273 |
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17 |
HCN |
1540 |
Q2 : Le laser DFB nécessite-t-il un isolateur ?
A2 : Les isolateurs optiques sont recommandés dans les systèmes TDLAS à base de fibre ou dans les configurations avec une rétroréflexion optique importante. Ils peuvent également être bénéfiques dans les configurations en espace libre où des réflexions résiduelles existent. L'isolateur supprime le retour optique, empêchant les sauts de mode, l'instabilité de fréquence et les fluctuations de puissance de sortie, garantissant ainsi un fonctionnement stable du laser monomode et une stabilité de base de mesure améliorée.
Q3 : Pourquoi le laser DFB est-il la source de lumière préférée pour le TDLAS au lieu du laser FP ou VCSEL ?
A3 : Les lasers DFB, réseaux de Bragg intégrés, fournissent une émission stable à fréquence unique et à largeur de raie étroite avec un SMSR élevé (> 35 dB) et un réglage sans saut de mode. En comparaison, les lasers FP présentent une émission multimode longitudinale et une stabilité de longueur d'onde limitée, tandis que les VCSEL offrent généralement une plage de réglage limitée qui peut ne pas couvrir entièrement les caractéristiques d'absorption requises. La pureté spectrale supérieure et la stabilité de réglage des lasers DFB améliorent considérablement le SNR de détection des harmoniques, ce qui en fait la source de lumière préférée pour la détection de gaz WMS-TDLAS (1f/2f) de haute précision.
Q4 : Quelles options de package sont disponibles pour les lasers TDLAS DFB ?
A4 : Deux forfaits grand public :
①Boîtier papillon à 14 broches : intègre une thermistance TEC, une thermistance NTC et une photodiode de moniteur, avec un isolateur optique en option. Il est largement utilisé dans les systèmes TDLAS couplés par fibre de haute précision nécessitant une stabilisation précise de la température et de la puissance.
②TO-can (TO5/TO46) : une solution compacte conçue pour les configurations de sortie en espace libre ou collimatée. Il manque généralement un contrôle TEC intégré et peut nécessiter une stabilisation externe de la température. Il convient aux applications de détection de gaz à chemin ouvert miniaturisées et sensibles au coût.
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