1. Laser infrarouge moyenLongueur d'onde d'émission et couverture de ligne d'absorption de gaz

Laser ICL:

Couvrant la bande 3 - 6 μm, couvrant les raies d'absorption les plus fortes des gaz tels que le méthane (ch₄), le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (co₂), l'oxyde nitrique (No), etc., l'intensité d'absorption est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle des autres régions infrarouges. Par exemple, le laser ICL de nanoplus en Allemagne peut fournir une longueur d'onde centrale arbitraire de 3000nm - 6000nm, adaptée à la détection de gaz à haute sensibilité.

Laser DFB:

Couvrant principalement la bande < 3,5 μm, il convient à la détection de gaz tels que l'oxygène (o₂), le méthane (ch₄), le monoxyde de carbone (CO), etc. Mais sa densité de puissance seuil dans la bande supérieure à 3 μm est significativement élevée et ses performances sont limitées.

Laser qcl:

Couvrant la bande 4 - 12 μm, il convient à la détection de gaz à longue longueur d'onde (par exemple, so₂, no₂), mais avec une densité de puissance de seuil extrêmement élevée à moins de 4 μm, les problèmes de consommation d'énergie et de génération de chaleur sont soulignés.

Recommandations de type:

Si la ligne d'absorption du gaz cible est de 3 à 6 μm (par exemple ch₄, CO、NO)， La préférence est donnée aux lasers ICL dont la longueur d'onde correspond à la hauteur de la raie d'absorption du gaz et dont la sensibilité est optimale.

Si la ligne d'absorption de gaz de détection est < 3,5 μm (par exemple, o₂, ch₄), le laser DFB est une option à faible coût.

Pour couvrir des longueurs d'onde supérieures à 6 μm (par exemple so₂, no₂), le laser qcl est la seule option, mais il est soumis à une consommation d'énergie et à un coût élevés.

2. Densité de puissance de seuil et consommation d'énergie

Laser ICL:

Avec la densité de puissance seuil la plus faible dans la bande 3 - 6 μm, par exemple, le laser ICL id3250hhlh de thorlabs à une longueur d'onde de 3,5 μm, avec une densité de courant seuil nettement inférieure à celle de qcl et une consommation d'énergie de seulement 150 MW (température de fonctionnement de 20 ° C), convient aux appareils portables.

Laser DFB:

La densité de puissance de seuil dans la bande < 3,5 μm est faible, mais les performances au - dessus de 3 μm diminuent considérablement, nécessitant un compromis entre la demande de longueur d'onde et la consommation d'énergie.

Laser qcl:

La densité de puissance de seuil à 4 μm est extrêmement élevée, par exemple, la longueur d'onde qcl de 11 μm nécessite un courant d'entrée plus élevé, la consommation d'énergie et les problèmes de génération de chaleur sont importants et doivent être équipés d'un système de dissipation de chaleur efficace.

Recommandations de type:

Les scénarios alimentés par batterie ou portables (par exemple, télémétrie des gaz d'échappement des véhicules à moteur, analyse de l'expiration médicale) privilégient les lasers ICL dont les caractéristiques à faible consommation d'énergie prolongent l'endurance de l'appareil.

Les systèmes de surveillance industriels fixes, tels que la détection des gaz d'échappement de combustion, peuvent accepter une consommation d'énergie élevée de qcl en échange d'une capacité de couverture à longue longueur d'onde.

3. Puissance de sortie et sensibilité de détection

Laser ICL:

La puissance de sortie est typiquement de 5 MW (20 ° c), bien que inférieure à qcl, mais la sensibilité de détection de niveau ppb peut être atteinte en choisissant la ligne d'absorption la plus forte du gaz (par exemple ch₄ à 3,3 μm). Par exemple, les capteurs photoacoustiques améliorés à quartz basés sur ICL ont permis de détecter les concentrations de méthane et d'éthane à l'échelle ppb.

Laser DFB:

La puissance de sortie est faible, mais grâce à une largeur de raie étroite et à une stabilité de longueur d'onde élevée, une détection de niveau ppm est possible dans la bande < 3,5 μm et convient à des scénarios tels que la surveillance environnementale.

Laser qcl:

Avec une puissance de sortie pouvant atteindre des centaines de milliwatts, il prend en charge la détection de gaz à haute concentration ou les systèmes à longue portée optique, mais une puissance élevée peut déclencher des effets non linéaires nécessitant une conception optimisée du chemin optique.

Recommandations de type:

La détection de gaz traces (p. ex. analyse de l'expiration médicale, surveillance environnementale) privilégie les lasers ICL dont la faible puissance est adaptée à la raie d'absorption élevée pour une sensibilité optimale.

Les lasers qcl peuvent être pris en compte pour la surveillance de gaz à haute concentration (par exemple, contrôle de processus industriels) ou pour les systèmes à longue portée optique (par exemple, tdlas à voie optique ouverte).

4. Coût et maturité industrielle

Laser ICL:

À l'heure actuelle, seuls quelques fabricants tels que nanoplus peuvent fournir des produits de longueur d'onde de 3 à 6 μm à un coût élevé (le prix d'un laser unique est d'environ des dizaines de milliers de dollars), mais le projet européen mirphab réduit la taille et le coût grâce à un processus intégré à base de silicium, ce qui promet des applications grand public à l'avenir.

Laser DFB:

La technologie est mature et peu coûteuse (un seul laser coûte environ des milliers de dollars), mais la couverture de longueur d'onde est limitée et il est difficile de répondre aux besoins de détection de haute sensibilité dans l'infrarouge moyen.

Laser qcl:

Le coût est plus élevé (le prix d'un seul laser est d'environ des dizaines de milliers de dollars), et il est nécessaire d'accompagner les circuits de dissipation de chaleur et d'entraînement à haute efficacité, ce qui augmente encore le coût du système.

Recommandations de type:

Les lasers DFB sont sélectionnés pour des scénarios avec un budget limité et des besoins en longueur d'onde < 3,5 μm.

Choisissez un laser ICL pour les scénarios nécessitant une sensibilité extrêmement élevée et un budget suffisant (par exemple, médical, écologique).

Les lasers qcl sont sélectionnés pour des scénarios nécessitant de longues longueurs d'onde et acceptant des coûts élevés.

5. Comparaison des scénarios d'application typiques

Scène d'application	Laser recommandé	Avantages de base
Télémétrie des gaz d'échappement des véhicules automobiles	ICL	Couvrant la ligne d'absorption la plus forte du Co, du No et d'autres gaz, la faible consommation d'énergie prend en charge les appareils portables et surveille la composition des émissions de gaz d'échappement en temps réel.
Analyse expiratoire médicale	ICL	Détectez les composants traces tels que 13co₂, no et autres dans le gaz expiré, diagnostiquez l'infection à H. pylori, l'asthme et d'autres maladies avec une sensibilité allant jusqu'au niveau ppb.
Contrôle des processus industriels	QCL	La puissance élevée soutient le système à longue portée optique, surveille les gaz de combustion à haute concentration tels que so₂, no₂ et d'autres, avec une forte capacité anti - interférence.
Surveillance environnementale	DFB/ICL	La bande < 3,5 μm sélectionnée DFB (par exemple, détection ch₄, CO), la bande 3 - 6 μm sélectionnée ICL (par exemple, détection h₂o, HCl), équilibrant le coût avec la sensibilité.