锑化物单模激光器

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项目简介

  中红外波段包含很多重要气体的吸收峰,例如CH4、CO、CO2、H2O等。基于中红外单模激光器的气体分析仪,可以对目标气体浓度实现高精度、远距离、在线实时测量,精度可达ppb量级(十亿分之一)。

  锑化物激光器是可完全覆盖中红外波段的电泵半导体激光器,具有体积小、重量轻、效率高等优点。由于中红外激光器巨大的市场前景,德国Nanoplus和美国Thorlab公司研制了单模锑化物激光器产品。国内进行GaSb激光器的研究起步较晚,目前进行这方面的研究单位只有半导体所。2015年半导体所完成了GaSb基分布反馈激光器的制备,实现了2μm单模室温连续工作。激光器激射波长覆盖1.8-3.5微米,功率达到14毫瓦,边摸抑制比(SMSR)大于53dB,处于国际领先水平。

  目前,本所研制的锑化物单模激光器,已完成实验室中的初试阶段,解决了激光器研制中的关键技术问题,达到了产品市场化所需功率、波长、边模抑制比指标,可进入中试阶段。

应用领域

  基于中红外单模激光器开发的气体分析仪可广泛应用于环境监测、工业气体在线分析、矿井安全领域。

  (1)环境监测

  目前国内环境污染问题日益严重,人们都对环境问题更加关注,政府也要花大力气治理环境污染。大气污染物主要包括SO2、NOX、CH4、CO、O3、CH2O、H2S、NH3、HCI、C2H2等,这些气体在中红外波段都具有特征吸收峰。而环境污染的治理,前提条件是对大气环境污染气体的监测。同时机动车尾气对空气污染的贡献率接近40%,尾气中主要包括CO、HC、CO2、NOX和固体悬浮颗粒物。这些污染气体,都需要高性能、远距离的气体分析仪进行监测。

  (2)工业气体在线分析

  在众多工业领域,需要对燃烧、反应、尾气中的气体进行实时、远距离、快速的定性、定量分析,这就需要高性能的气体分析仪。在石油化工生产中,需要对催化裂化再生烟气分析(O2、CO和CO2,对催化剂再生反应效率进行实时控制),半水煤气分析(O2、CH4,安全监控和了解气化反应情况),氨碳比值分析(NH3,CO,CO2)等;在火力发电中,需要对锅炉烟道(O2、CO2,反映燃煤燃烧效率),脱硫/脱硝装置前后(SO2、NH3、NOx,反映脱硫/脱硝装置的工作情况)的气体进行分析;在钢铁冶炼中,需要对高炉炉顶煤气分析(CO、CO2),转炉炉气分析(CO、CO2),转炉煤气回收控制(CO),喷煤系统安全控制(CO)等。

  (3)矿井安全

  我国是产煤大国,每年都会发生煤矿安全事故,其中经济损失最大、人员伤亡最多的就是煤矿瓦斯爆炸事故。瓦斯主要成分是甲烷和一氧化碳,无色无味,浓度高时会使人短时间因缺氧窒息而死亡;如遇明火,就会发生瓦斯爆炸事故。为防止瓦斯爆炸事故,保证矿井生产安全,瓦斯气体的快速、在线实时检测是基本前提。随着我国对矿井安全的重视,对瓦斯气体在线实时检测系统的需求也越来越大。

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