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【插播】濱松新型BTF-QCL助力下一代溫室氣體監測發表Applied Physics B

2024-01-17

瀏覽量(2075)

2023年12月7日，香港中文大學任偉教授團隊與深圳職業技術大學、朗思科技、濱松集團及濱松中國合作，在Applied Physics B發表了題為“Highly sensitive QEPAS sensor for sub?ppb N2O detection using a compact butterfly?packaged quantum cascade laser”的文章。

研究人員利用濱松最新推出的緊湊型蝶形封裝量子級聯激光器（BTF-QCL）作為中紅外光源，基于石英增強光聲光譜QEPAS方法，將帶有準直透鏡的QCL直接耦合到QEPAS檢測模塊，所開發的N2O傳感器可以達到低于1 ppb的最小檢測限。該文章通訊作者為香港中文大學任偉教授和助理教授王震，第一作者為博士生楊敏。該傳感器已成功應用于環境空氣監測，展現了新款BTF-QCL用于開發下一代緊湊型溫室氣體傳感器的潛力（點擊此處查看往期產品助力科研詳情）。
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圖1 部分論文內容展示  
隨著人類對于氮肥使用、燃燒過程和化工生產的加劇，N2O已成為僅次于CO2和CH4的第三大長壽命溫室氣體，而且它的全球變暖效應是CO2和CH4的幾十到幾百倍，隨著雙碳政策的提出和實施，N2O有望成為下一代溫室氣體監測的重點對象。傳統的N2O檢測方法包括氣相色譜法、電化學傳感器、半導體氣體傳感器和非色散紅外NDIR技術等。這些方法在設備重量、尺寸、靈敏度、檢測精度和測量時效上有一定的局限性?；谑⒃鰪姽饴暪庾VQEPAS技術的溫室氣體監測具有高靈敏度（亞ppb）、低成本和非常緊湊的特點。
研究人員采用濱松的蝶形封裝QCL激光器（4.56 μm）作為光源來激發位于2190 cm-1處的N2O吸收譜線，激光器實物圖及實驗示意圖如下所示。
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圖2 BTF-QCL實物圖 

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圖3 實驗裝置示意圖

由于光聲信號與激光輸出功率成正比，開發具有高功率的激光器更有使用價值。濱松新型BTF-QCL保證不低于15 mW的輸出功率，實際上出廠測試數據都在100 mW以上，參數上遠超大家預期，真正的“實過其言”。

實驗中用到的激光器出廠測試數據詳見下圖。通過電流調諧輸出功率可以達100 mW以上。新款BTF-QCL除了兼有以往產品的超窄線寬外，還具有如下優勢：

1、體積是HHL封裝的1/3，重量是HHL封裝的1/8（30 mm×12.7 mm×13 mm）；

2、閾值電流?。?lt;120 mA），遠低于市面同類型QCL ；

3、輸出功率高（>100 mW）；

4、I-V曲線及輸出功率的高線性度；

5、用于溫室氣體監測具有極高的檢出限（0.24 ppb） ；

6、室溫工作，無需水冷。


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圖4 不同類型QCL對比（左為HHL封裝，右為BTF封裝）
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圖5 新型BTF-QCL功率曲線實測數據

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QCL在半導體行業應用實例;

QCL在醫療領域中的應用;

QCL在分析環保行業的應用；

QCL在科研領域的應用；

關于QCL內容已經全部講解完畢，如果有任何問題都可以在評論區提問，以下濱松中國技術工程師會第一時間為您解答。如需查看期刊發表原文，可以復制此鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00340-023-08140-6




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