【新品推荐】NEL─2122nm DFB激光器应用于氢气（H₂）的检测

KELD1G5BAYF(2120)是NEL公司（NTT旗下全资子公司）近期推出的一款2122nm DFB激光器，该激光器继承了NEL的传统优势：良好的波长稳定性、较窄的线宽以及优良的边模抑制比。为H₂气体测试提供了新的选择。

主要特点：

(资料图片)

• 功率：2mW~8mW

• 波长：2122nm±1.5nm

• 最大电流：300mA

• 阈值电流：≤60mA

• 工作温度：-5~75℃

为什么选择2122nm作为氢气（H₂）检测的吸收谱线

在基于TDLAS技术的氢气（H₂）检测中，由于氢气（H₂）的吸收系数很小（通常在1e-43~1e-82之间），吸收线一直比较难找，直到最近两年才有可用的近红外吸收线报到。由于氢气（H₂）是同核双原子分子，无电偶极矢量，因此红外吸收谱中无电偶极振动吸收谱，只有转动吸收谱线。

由图1中可以看出，波长1900nm～3000nm内有多条吸收谱线，这些谱线对应H₂分子四极基频跃迁，波长在1100nm～1500nm的谱线，是H₂分子四极跃迁的二倍频泛频吸收峰，这些泛频吸收谱线，峰强度弱，难辨认，不适合用于TDLAS技术检测。

在图1中我们还可以看出，波长2400nm的基频吸收线附近，有少数几条非常弱的转动吸收线。相当于与近红外的波段的吸收强度来说，吸收强度更强一些。

但是，H₂分子多条吸收特征谱中选择哪一条作为测量用谱线呢？根据指纹谱选择原则，必须保证该谱线有一定的吸收强度，同时该谱线应该位于环境气体的光窗区。

由图2的吸收谱可见，H₂分子有3条较强的红外吸收基频谱线，分别为2407nm(4155.3cm-1) 、2223nm (4497.8cm-1)和2121.8nm(4712.9cm-1)。这3条线中，最适合选用的特征线是2121.8nm(4712.9cm-1)。虽然这条线幅值不算最强，但它却不受其他环境气体吸收谱线的影响。

图2给出2000nm～2500nm区间其他环境气体的吸收谱，环境气体包括 H₂O、CO₂ 、CH4 、NH₃、CO 等气体。

为了对比，不同的气体，采用不同的体积分数，H₂O和CO₂的体积分数为1%，而 CH4 、NH₃ 、CO 的体积分数为0.1%，中间的插图为H2分子2121.8nm附近的吸收谱，由于H2分子吸收强度太小，为了对比，将其放大1000倍，由中间插图清楚地看到，这个区间除了CO几条非常弱的吸收线外，再没有其他环境气体的吸收线，而且，在这个区间，H₂分子的2121.8nm 吸收线吸收最强。

而H2分子其他2条特征线，受环境气体的干扰非常大。这也就是说，H分子2121.8 nm(4712.9cm-1 )线，位于环境气体的透射光窗区，环境气体干扰最小，所以选择该谱线作为探测的指纹谱线。

NEL公司（NTT旗下全资子公司）近期推出的一款2122nm DFB激光器KELD1G5BAYF(2120)，典型峰值波长在2120.5nm~2123.5nm之间，非常适用于氢气（H₂）的检测。

背景介绍：

氢气（H₂）作为一种重要的清洁能源，是未来能源的重要发展方向。当前，已经成为航天发动机、新能源航空器及汽车的燃料之一。自2015 年巴黎气候变化会议以来，氢能作为清洁能源，已经成为所有发达国家和许多发展中国家的发展战略。在我国制定的碳中和战略目标以及国家颁布的《“十四五”循环经济发展规划》中，都提到氢能源利用是循环经济关键技术与装备创新等五大重点工程重要内容之一。

由于氢具有高燃烧值、高燃速度、低点火能的特性，任何涉及氢能系统泄漏都可能引起燃烧爆炸，造成重大的灾难事故。因此，快速、准确、安全的泄漏检测是氢能源发展的最根本保障。可调谐半导体激光吸收光谱技术(tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS)，作为一种非接触，无损伤的光学检测技术，非常适合氢气（H₂）的检测应用。该技术利用半导体激光器输出波长可调谐的特点，利用目标气体的吸收光谱，检测透射光的二次谐波分量，实现气体浓度的测量。

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