1. лазер в средней инфракрасной области спектраДлина волны излучения покрыта линией поглощения газа

Лазеры ICL:

Охватывает диапазон 3 - 6 мкм, покрывает самые сильные линии поглощения газов, такие как метан (CH), окись углерода (CO), углекислыйгаз (CO2), оксид азота (NO), и поглощает на несколько порядков больше, чем другие инфракрасные области. Например, лазер ICL от Nanoplus в Германии может обеспечить произвольную центральную длину волны 3000 нм - 6000 нм для высокочувствительного обнаружения газов.

Лазеры DFB:

Основное покрытие < 3.5 мкм диапазона, подходит для обнаружения газов, таких как кислород (Oneneneed), метан (CH), оксид углерода (CO). Однако его пороговая плотность мощности в диапазоне выше 3 мкм значительно возросла, а производительность ограничена.

Лазеры QCL:

Охватывает диапазон 4 - 12 мкм, подходит для обнаружения газов на длинных волнах (например, SO2C, NO2C), но пороговая плотность мощности в пределах 4 мкм чрезвычайно высока, и проблемы с энергопотреблением и нагреванием заметны.

Выбор предложений:

Если линия поглощения целевого газа составляет 3 - 6 мкм (например, CH, CO、NO)， Предпочтение отдается ICL - лазерам, длина волны которых соответствует высоте линии поглощения газа с оптимальной чувствительностью.

При обнаружении линии поглощения газа < 3,5 мкм (например, Oneneneek, CH) лазер DFB является недорогим вариантом.

Для покрытия длин волн выше 6 мкм (например, SO2C, NO2C) лазер QCL является единственным вариантом, но должен принимать его с высоким энергопотреблением и стоимостью.

Пороговая плотность мощности и энергопотребление

Лазеры ICL:

В диапазоне 3 - 6 мкм имеет минимальную пороговую плотность мощности, например, лазер ID3250 HHLH ICL Thorlabs на длине волны 3,5 мкм, пороговая плотность тока значительно ниже QCL, потребление энергии всего 150 мВт (рабочая температура 20°С), подходит для портативных устройств.

Лазеры DFB:

В диапазоне < 3,5 мкм пороговая плотность мощности ниже, но производительность выше 3 мкм резко снижается, необходимо взвесить потребность в длине волны и энергопотребление.

Лазеры QCL:

В пределах 4 мкм пороговая плотность мощности чрезвычайно высока, например, 11 мкм длины волны QCL требует более высокого входного тока, проблемы с энергопотреблением и теплоотдачей значительны и должны быть оснащены эффективной системой охлаждения.

Выбор предложений:

Аккумуляторное питание или портативные сценарии (такие как телеметрия выхлопных газов автомобиля, медицинский анализ выдоха) отдают предпочтение лазерам ICL, которые имеют характеристики низкого энергопотребления, чтобы продлить срок службы устройства.

Стационарные системы промышленного мониторинга (например, обнаружение выхлопных газов при сжигании) могут принимать высокое энергопотребление QCL в обмен на покрытие на длинных волнах.

Выходная мощность и чувствительность обнаружения

Лазеры ICL:

Типичное значение выходной мощности 5 мВт (20°C), хотя и ниже QCL, но чувствительность обнаружения на уровне ppb может быть достигнута путем выбора самой сильной линии поглощения газа (например, CH при 3,3 мкм). Например, кварцевый усовершенствованный фотоакустический датчик на основе ICL обеспечивает обнаружение концентраций метана и этана на уровне ppb.

Лазеры DFB:

Выходная мощность ниже, но благодаря узкой ширине линии и высокой длине волны можно достичь обнаружения на уровне ppm в диапазоне < 3,5 мкм для таких сценариев, как мониторинг окружающей среды.

Лазеры QCL:

Выходная мощность может достигать сотен милливатт, поддерживая системы обнаружения газов высокой концентрации или длинные световые расстояния, но высокая мощность может вызвать нелинейные эффекты, которые требуют оптимизации конструкции оптического пути.

Выбор предложений:

При обнаружении следовых газов (например, медицинский анализ выдоха, мониторинг окружающей среды) предпочтение отдается лазерам ICL, чья низкая мощность соответствует высокой линии поглощения для достижения оптимальной чувствительности.

Мониторинг газов высокой концентрации (например, управление промышленными процессами) или системы дальнего света (например, TDLAS с открытым световым каналом) могут учитывать лазеры QCL.

4. Затраты и зрелость индустриализации

Лазеры ICL:

В настоящее время только несколько производителей, таких как Nanoplus, могут предлагать продукты с длиной волны 3 - 6 мкм по более высокой цене (цена одного лазера составляет около десятков тысяч долларов США), но европейский проект MIRPHAB снижает размер и стоимость с помощью процесса интеграции на основе кремния, и ожидается, что в будущем будут реализованы потребительские приложения.

Лазеры DFB:

Технологическая зрелость и низкая стоимость (цена одного лазера около тысячи долларов США), но ограниченное покрытие длины волны затрудняет удовлетворение потребностей в высокочувствительном обнаружении в среднем инфракрасном диапазоне.

Лазеры QCL:

Более высокая стоимость (цена одного лазера составляет около десятков тысяч долларов США) и требует комплектации высокоэффективных радиаторов тепла и приводных цепей для дальнейшего повышения стоимости системы.

Выбор предложений:

Бюджет ограничен, а длина волны требует выбора DFB - лазера в сценарии < 3,5 мкм.

Выберите лазер ICL для сценариев с высокой чувствительностью и достаточным бюджетом (например, медицинских, экологических).

Длинные волны требуют и принимают дорогостоящие сценарии выбора лазера QCL.

5. Сравнение типичных сценариев применения

сценарий применения	Рекомендуемый лазер	ключевое преимущество
Телеметрия выхлопных газов автотранспортных средств	МКЛ	Покрытие самых сильных линий поглощения газов, таких как CO и NO, с низким энергопотреблением для поддержки портативных устройств и мониторинга компонентов выбросов выхлопных газов в режиме реального времени.
Медицинский анализ выдоха	МКЛ	Обнаружение следовых ингредиентов, таких как 13CO2 и NO в выдыхаемом газе, диагностика инфекции Helicobacterium, астмы и других заболеваний, чувствительность до уровня ppb.
Управление промышленными процессами	QCL	Высокая мощность поддерживает длинную световую систему для мониторинга высокой концентрации газов, таких как SO2B и NO2B в выхлопных газах горения, с сильной антиинтерференционной способностью.
Экологический мониторинг	ДФБ/ИКЛ	< 3.5 мкм диапазон выбирает DFB (например, CH, CO - тестирование), 3 - 6 мкм диапазон выбирает ICL (например, H2O, HCl - тестирование), балансирует затраты и чувствительность.