科普｜可协调半导体激光吸收光谱（TDLAS）在环保中的运用

可调谐二极管激光吸收光谱技术是利用二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体的吸收光谱，从而对大气进行定量或定性分析。由于该激光二极管采用半导体材料制成，通常又称为可调谐半导体激光吸收光谱技术。TDLAS技术利用激光的高单色性、方向性、高集中性的特点，对气体浓度及温度的测量，具有响应速度快、测量结果准确、测量系统简单稳定等优势，高灵敏度和较高分辨率使得使用指标可以做到ppm量级，最高可达ppb量级，易于实现准确的自动在线监测。同时利用非接触的激光测量方法，对恶劣的测量环境具有非常好的适应性。近年来半导体激光器制造技术迅速发展，激光器在性能越来越稳定的同时价格更加便宜。目前可调谐半导体激光吸收光谱技术已经成为气体在线监测的主流技术，被广泛应用于多种测量环境。

TDLAS技术最早在20世纪70年代出现，早期多采用中远红外波长的铅盐半导体激光器铅，但是因这类激光器以及相应的中远红外光电传感器在当时只能工作于非常低的液氮甚至液氦温度，设备复杂价格昂贵，从而限制该技术在化工业过程气体分析领域的应用，大大阻碍了其应用发展的步伐。随着20世纪80年代初由Reid等提出采用调制及谐波探测技术可大大提高TDLAS的探测灵敏度和今年来近红外DFB激光器生产技术的突破，近红外TDALS高灵敏度在线检测技术已经实现从实验室到产品化的过渡。

随着通讯工业的巨大进步，在过去10～15年中，常温工作、价格低廉、单模特性的近红外可调谐激光二极管在20世纪90年代获得大规模商业化，光纤和探测器的技术也获得巨大的发展，扫清TDLAS技术应用于工业过程气体在线分析领域的器件障碍。因此，基于TDLAS技术的在线气体浓度分析仪在取代传统不分光红外光谱气体分析仪方面具有巨大的潜力。

TDLAS原理

TDLAS利用被测气体分子“选频”吸收形成吸收光谱原理来测量被测气体浓度，是一种高分辨率吸收光谱技术，利用TDLAS技术测量某种气体的基本过程是：首先选定被测气体某条吸收谱线的频率位置，然后选择相应发射频率范围的激光二极管，设置适宜的温度值以确定激光中心频率，通过注入低频率的锯齿波电流使激光频率扫描过整条吸收谱线，从而获得“单线吸收光谱”数据，根据Beer-Lambert定律即可获得被监测气体的浓度。

TDLAS的应用

TDLAS 技术直接在线测量，响应速度快，检测信息不易失真，能够满足化工等工业过程气体在线分析的发展要求，能够提高我国工业过程控制的水平，促进我国化工、环境保护、钢铁冶金等领域的发展。

在目前的国内外市场，TDLAS 技术都发展迅速，拥有TDLAS 技术仪器的公司包括挪威的 NEO公司、西门子、日本横河电机、加拿大Unisearch、美国 EXT 公司、美国SpectraSensors公司等等。国内则以杭州聚光科技为代表，另外也还包括很多新进入的公司。

为了实现使TDLAS这种新技术的检测灵敏度能够达到ppm，甚至ppb等级，很多公司的TDLAS 技术仪器都采用波长调制光谱技术及谐波检测技术。波长调制光谱技术能够通过选择调制频率来抑制激光噪声带宽，而利用谐波检测技术（即锁相放大技术）则能得到与被测气体浓度成正比的谐波信号，将检测频率移到噪声较低的高频处，这样可以有效地抑制外部干扰和低频噪声，从而可以实现较高的检测灵敏度。

在国内，很多学者专家也对可调谐半导体吸收光谱技聚术在各种气体检测方面做了详尽的研究。如在脱硝微量氨检测系统中的应用，采用聚光科技LGA—4500分析系统，通过非接触式气体分析，可以在较恶劣的环境中获得准确的分析数据，该系统还具有自清洁和自动分析控制功能，彻底改变了在线分析系统运行周期短，维护量大的面貌；在气体浓度测量方面，TDLAS 技术克服高温、高粉尘、高水分等特点，通过建立吸收谱线模型实现自动在线监测分析获取数据。

TDLAS 技术具有其他光法技术无法实现的环境适应性，由于许多的化工业产生的气体成分复杂，毒性较大，而TDLAS技术恰恰满足此类监测的特点，成为很多企业关注的焦点，可以说TDLAS技术的发展是无限量的。