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ES2392834T3

Semiconductor diode laser spectrometer arrangement and method

Abstract

A method for detecting gases using a semiconductor laser diode spectrometer, the method comprising: introducing a sample gas (13) into a non-resonant optical cell (17) with reflective elements; applying a stepped function electric pulse to the semiconductor laser diode (20) to get the laser (20) to produce a continuous chirp (pulsed modulated frequency) wave to inject it into the optical cell (17); by injecting the chirp wave using the wave variation provided by the chirp wave as a wavelength scanner, and detecting the light emitted from the cell, characterized in that the method also involves the use of a chirp wave speed so that there is a time delay between the points of the reflective elements in which the injected chirp wave is reflected enough to prevent light interference in the optical cell (17).

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27 claims: 15 independent, 12 dependent

  1. 1
    ES 2 392 834 T3 REIVINDICACIONES 1. Un método para detectar gases utilizando un espectrómetro de diodo láser semiconductor, comprendiendo el método:la introducción de un gas de muestra (13) en una célula óptica no resonante (17) con elementos reflectantes;aplicando un impulso eléctrico de función escalonada al diodo láser semiconductor (20) para conseguir que el láser (20) produzca una onda chirp (de frecuencia modulada pulsada) continua para inyectarla en la célula óptica (17);inyectando la onda chirp utilizando la variación de onda proporcionada por la onda chirp como un escáner de longitud de ondas, y detectando la luz emitida desde la célula, caracterizado porque el método también envuelve la utilización de una velocidad de onda chirp para que exista un tiempo de retardo entre los puntos de los elementos reflectantes en los que la onda chirp inyectada se refleja lo suficiente como para evitar que se produzca una interferencia de luz en la célula óptica (17).
  2. 2
    Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la duración del impulso aplicado al diodo láser semiconductor (20) es igual a o menor que un microsegundo.
  3. 3
    Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la duración del impulso es menor a la duración necesaria para que la energía óptica producida sea cero después de que el impulso de activación se aplique.
  4. 4
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo también la variación de la velocidad de cambio de longitud de onda por unidad de tiempo.
  5. 5
    Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que variar la velocidad de cambio de onda por unidad de tiempo implica variar la amplitud del impulso de corriente/voltaje de activación.
  6. 6
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores comprendiendo el ajuste de longitud del escáner de longitud de onda.
  7. 7
    Un método de acuerdo con la reivindicación 6 en el que ajustar el escáner de longitud de onda incluye variar la duración del impulso de corriente/voltaje de activación.
  8. 8
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores comprendiendo una variación de la temperatura del diodo láser semiconductor ES 2 392 834 T3
  9. 9
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el diodo láser semiconductor (20) produce una radiación con longitudes de ondas en el intervalo de 1pm a 14,0pm.
  10. 10
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el láser semiconductor (20) es un láser de cascada cuántica (20).
  11. 11
    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la célula (17) es una célula Herriott.
  12. 12
    Un método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de radiación absorbida se determina utilizando una medición de amplitud de la radiación transmitida a través del gas de muestra (13) y una medición de amplitud de un impulso de referencia.
  13. 13
    Un espectrómetro de diodo láser semiconductor, preferiblemente un espectrómetro de láser de cascada cuántica, para medir la absorción de radiación mediante un gas de muestra (13), el espectrómetro comprendiendo un diodo láser semiconductor (20);una célula óptica no resonante (17) para contener un gas de muestra (13) con elementos reflectantes a cada extremo de la misma, un generador de impulsos eléctricos (19) configurado para aplicar un impulso eléctrico de función escalonada al láser (20) para provocar que el láser (20) introduzca una onda chirp continua a la célula de muestra (17) y un detector (23) para detectar la luz de salida de la célula (17) y configurada para usar la variación de la longitud de onda de la longitud de la onda chirp como un escáner de longitud de onda, en el que la velocidad chirp utilizada es tal que existe un tiempo de retardo entre los puntos de los elementos reflectantes en los que la onda chirp inyectada se refleja lo suficiente como para evitar la interferencia de luz que se produce en la célula óptica (17).
  14. 14
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la duración del impulso eléctrico es igual o menor a 1 microsegundo.
  15. 15
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el que se proporcionan los medios para variar la tasa de cambio de la longitud de onda por unidad de tiempo de la onda chirp.
  16. 16
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 15, en el que los medios para variar la tasa de cambio de la onda se utilizan para variar la amplitud del impulso de corriente/voltaje de activación.
  17. 17
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 16, en el que los medios se proporcionan para ajustar la longitud del escáner de longitud de onda. ES 2 392 834 T3
  18. 18
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 17, en el que los medios para ajustar el escáner de onda se utilizan para variar la duración del impulso eléctrico.
  19. 19
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 18, en el que los medios se proporcionan para variar un punto de inicio de longitud de onda del escáner de longitud de onda.
  20. 20
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 19, en el que los medios para variar un punto de inicio de la longitud de onda del escáner de longitud de onda se utilizan para variar la temperatura base del diodo láser semiconductor.
  21. 21
    Un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 20, en el que los medios para variar la temperatura del diodo láser semiconductor (20) comprende un calentador/refrigerador termoeléctrico o medios para ajustar el ciclo de trabajo o la frecuencia de repetición del impulso de los impulsos de activación de corriente/voltaje repetidos aplicados a los contactos eléctricos del diodo láser o medios para ajustar la amplitud del impulso de corriente/voltaje de activación o medios para ajustar el nivel de base DC de los impulsos de corriente/voltaje de activación aplicados a los contactos eléctricos del diodo láser.
  22. 22
    Un espectrómetro de acuerdo con las reivindicaciones de la 13 a la 21, en el que un divisor de haz (21, 29) u otro elemento parecido se proporciona para dividir la radiación de salida del láser en dos componentes, el primer componente para que atraviese la muestra y un segundo componente que no atraviesa la muestra.
  23. 23
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 22, en el que un diodo láser semiconductor (20) emite radiación con longitud de ondas en el intervalo entre 1pm y 14 pm.
  24. 24
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 23, en el que la célula (17) es una célula Herriott.
  25. 25
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 24, en el que la onda chirp tiene una frecuencia de variación de aproximadamente 60GHz.
  26. 26
    Un espectrómetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 25 en el que la duración del impulso aplicado es mayor a 150ns, en particular mayor a 200ns.
  27. 27
    Un espectrómetro de acuerdo con las reivindicaciones de la 13 a la 25, en el que el impulso aplicado tiene una duración que está en el intervalo entre 150 y 300ns, preferiblemente entre 200 y 300ns.
Independent claims27