Gasdetektion mit Laserspektroskopie
Die Infrarotspektroskopie nutzt die Schwingungs- und Rotationszustände von Gasmolekülen. Die Schwingungen und Rotationen werden durch die Absorption von Photonen angeregt.
Bei der TDLS werden schmalbandige Halbleiterlaser verwendet, deren Wellenlänge auf die Absorptionslinie des Zielgases abgestimmt ist. Nach Absorption einiger Photonen aus dem Zielgas trifft das restliche Licht des Lasers auf eine Photodiode. Die Absorption wird nach dem Lambert-Beer'schen Gesetz berechnet. Demnach hängt die Höhe der Absorption von der Weglänge des Laserlichts in der Gaszelle und dem Absorptionskoeffizienten des Zielgases ab. Die elektronische Lock-in-Technologie ermöglicht es, die Gasabsorptionsinformationen von den elektrooptischen Systeminformationen zu trennen. Daraus resultiert eine Detektionsmethode, die einen physikalischen Referenzkanal überflüssig macht und eine kontinuierliche Überwachung des Sensorstatus ermöglicht.
Um die Nachweisgrenze bei diesem Verfahren zu erhöhen, ist es üblich, den Weg des Laserstrahls zu verlängern. Hierzu werden nach aktuellem Stand der Technik so genannte Multireflektions-Zellen, bespielsweise die Herriott-Zelle, verwendet. In so einer Gaszelle wird der Laserstrahl zwischen zwei Spiegeln mehrfach reflektiert, bevor er auf die Photodiode trifft. Mit den derzeit verfügbaren Lösungen werden Weglängen von mehreren Metern bei Durchfluss-Gaszellen oder sogar Kilometern bei offenen Wegen erreicht.