1. Mittel-Infrarot-LaserEmissionswellenlänge und Abdeckung von Gasabsorptionsleitungen

ICL-Laser:

Abdecken Sie das 3-6 μm-Band und decken die stärksten Absorptionsleitungen von Gasen wie Methan (CH4), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂) und Stickoxid (NO) ab. Die Absorptionsintensität ist um mehrere Größengruppen höher als andere Infrarotregionen. Zum Beispiel bietet der ICL-Laser von Nanoplus in Deutschland eine beliebige zentrale Wellenlänge von 3000 nm bis 6000 nm, die sich für die hochempfindliche Gasdetektion eignet.

Der DFB Laser:

Hauptsächlich im Bereich <3,5 μm, geeignet für die Detektion von Gasen wie Sauerstoff (O₂), Methan (CH4), Kohlenmonoxid (CO). Seine Leistungsdichte ist jedoch deutlich erhöht und die Leistung ist eingeschränkt bei einer Schwellenspanne über 3 μm.

Der QCL Laser:

Abdeckt das 4-12 μm-Band, geeignet für die Erkennung von Gasen mit langen Wellenlängen (z. B. SO₂, NO₂), aber mit einer extrem hohen Schwellenleistungsdichte unter 4 μm, mit hervorragenden Leistungs- und Heizproblemen.

Auswahlvorschläge:

Wenn die Zielgasabsorptionsleitung 3-6 μm beträgt (z. B. CH4, CO、NO)， Vorzugsweise wählen Sie den ICL-Laser, dessen Wellenlänge hoch auf die Gasabsorptionslinie passt und die Empfindlichkeit optimal ist.

Wenn die Detektion von Gasabsorptionsleitungen bei < 3,5 μm (z. B. O₂, CH4) erfolgt, ist der DFB-Laser eine kostengünstige Wahl.

Für die Abdeckung von Wellenlängen von mehr als 6 μm (z. B. SO₂, NO₂) ist der QCL-Laser die einzige Option, jedoch mit hohem Leistungsverbrauch und hohen Kosten.

2. Schwellenleistungsdichte und -verbrauch

ICL-Laser:

Mit einer niedrigsten Schwellenleistungsdichte im 3-6μm-Band, wie z. B. Thorlabs ID3250HHLH ICL-Laser bei einer Wellenlänge von 3,5μm, ist die Schwellenstromdichte deutlich niedriger als QCL und verbraucht nur 150mW (20 ° C Betriebstemperatur) für tragbare Geräte geeignet.

Der DFB Laser:

Die Leistungsdichte im Band < 3,5 μm ist niedrig, aber die Leistung über 3 μm sinkt drastisch und der Bedarf an Wellenlängen und der Stromverbrauch müssen ausgewogen werden.

Der QCL Laser:

Sehr hohe Schwellenleistungsdichte innerhalb von 4 μm, z. B. 11 μm Wellenlänge QCL erfordert höheren Eingangsstrom, Stromverbrauch und Wärmeprobleme sind erheblich und erfordern ein effizientes Kühlsystem.

Auswahlvorschläge:

Für batteriebetriebene oder tragbare Szenarien wie z. B. Abgastelemetrie für Kraftfahrzeuge, medizinische Atemanalyse werden ICL-Laser bevorzugt gewählt, deren geringer Stromverbrauch die Lebensdauer des Geräts verlängert.

Feste industrielle Überwachungssysteme wie die Verbrennungsabgasdetektion akzeptieren den hohen Stromverbrauch von QCL im Gegenzug für eine lange Wellenlängendeckung.

Ausgangsleistung und Erkennungsempfindlichkeit

ICL-Laser:

Der typische Wert der Ausgangsleistung ist 5mW (20 ° C), obwohl er niedriger als QCL ist, kann durch die Auswahl der stärksten Absorptionsleitung des Gases (z. B. CH4 bei 3,3 μm) eine Sensitivität auf ppb erreicht werden. Zum Beispiel haben Quarzverstärkte Lichtschallsensoren auf ICL-Basis eine ppb-Konzentrationserfassung von Methan und Ethan ermöglicht.

Der DFB Laser:

Die Ausgangsleistung ist gering, aber durch die schmale Linienbreite und die hohe Wellenlängenstabilität ist eine ppm-Detektion im Band < 3,5 μm möglich, die sich für Szenarien wie die Umweltüberwachung eignet.

Der QCL Laser:

Ausgangsleistungen von bis zu Hunderten von Milliwatt unterstützen eine hohe Konzentration von Gasdetektion oder Langstreckensysteme, aber eine hohe Leistung kann nichtlineare Effekte auslösen, die das optische Design optimieren müssen.

Auswahlvorschläge:

Für die Spurengaserkennung (z. B. medizinische Atmungsanalyse, Umweltüberwachung) wird der ICL-Laser bevorzugt ausgewählt, der eine optimale Empfindlichkeit durch eine niedrige Leistung und eine hohe Absorptionslinienpartigkeit erzielt.

Bei der Überwachung von hohen Konzentrationen von Gasen (z. B. industrielle Prozesssteuerung) oder bei Langstreckensystemen (z. B. Open Optical Path TDLAS) können QCL-Laser in Betracht gezogen werden.

Kosten und Industriereife

ICL-Laser:

Derzeit können nur wenige Hersteller wie Nanoplus 3-6μm Wellenlängenprodukte mit hohen Kosten anbieten (ein einzelner Laser kostet etwa Zehntausende Dollar), aber das europäische MIRPHAB-Projekt reduziert Größe und Kosten durch Silizium-basierte Integrationsprozesse und bietet zukünftige Verbraucheranwendungen.

Der DFB Laser:

Die Technologie ist ausgereift und kostengünstig (ein einzelner Laser kostet etwa Tausende von Dollar), aber der Wellenlängenbereich ist begrenzt und es ist schwierig, die Anforderungen der mittleren Infrarot-hohen Empfindlichkeit zu erfüllen.

Der QCL Laser:

Die Kosten sind höher (ein einzelner Laser kostet ca. Zehntausende US-Dollar) und erfordern eine effiziente Kühlungs- und Antriebsschaltung, um die Systemkosten weiter zu erhöhen.

Auswahlvorschläge:

Wählen Sie einen DFB-Laser für Szenarien mit begrenztem Budget und Wellenlängenanforderungen < 3,5 μm.

Wählen Sie den ICL-Laser für Szenarien mit hohen Anforderungen an Empfindlichkeit und hohem Budget (z. B. Medizin, Umwelt).

Wählen Sie den QCL-Laser für Szenarien, die lange Wellenlängen erfordern und hohe Kosten akzeptieren.

5. Typische Anwendungsszenarien im Vergleich

Anwendungsszenen	Empfohlene Laser	Hauptvorteile
Abgastelemetrie für Kraftfahrzeuge	ICL	Abdecken Sie die stärksten Absorptionsleitungen für CO, NO und andere Gase, unterstützen Sie tragbare Geräte mit niedrigem Stromverbrauch und überwachen Sie die Zusammensetzung der Abgasemissionen in Echtzeit.
Medizinische Atemanalyse	ICL	Erfassung von Spurenbestandteilen wie 13CO₂ und NO im Atemgas, Diagnose von H. coli-Infektionen, Asthma und anderen Krankheiten mit einer Empfindlichkeit von bis zu ppb.
Industrielle Prozesssteuerung	QCL	Hochleistungs-Unterstützung für Langstreckensysteme, die hohe Konzentration von Gasen wie SO₂ und NO₂ in Verbrennungsabgasen überwachen und eine hohe Störungsbeständigkeit bieten.
Umweltüberwachung	DFB/ICL	<3,5 μm-Band wählt DFB (wie CH4, CO-Detektion), 3-6 μm-Band wählt ICL (wie H2O, HCl-Detektion), um Kosten und Empfindlichkeit auszugleichen.