[發明專利]基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法

無效

• 申請號: 200910092865.4
• 申請日: 2009-09-09
• 公開（公告）號: CN101644673A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 韓艷玲;李斌成;曲折超
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

1、基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于通過實現步驟如下：

(1)基于光腔衰蕩技術，由兩塊相同的、凹面鍍高反膜的平凹高反鏡凹面相對構成衰蕩腔；衰蕩腔鏡安裝于樣品池兩端，衰蕩腔與樣品池組成密封的測量腔；以可調諧量子級聯激光器為光源，針對所測氣體的譜線特征選取測量波段及波長掃描步長；

(2)在腔內無吸收條件下，按選定測量波段及波長掃描步長調諧激光器輸出波長，在各波長λ下，探測光腔輸出的衰蕩信號，按照單指數衰減函數擬合計算空腔衰蕩時間τ_empty(λ)；然后向腔內充入痕量待測氣體，重復上述過程測得各波長λ下的衰蕩時間τ(λ)；依關系式α(λ)=1c(1τ(λ)--1τempty(λ)),]]>計算氣體的吸收系數α(λ)，繪制吸收系數α(λ)與波長λ的關系曲線即得所測氣體的吸收光譜圖，c為光速；

(3)將所得吸收光譜圖與已知的HITRAN數據庫中相應氣體的譜線特征對比，確定所測氣體是否含有預期氣體成分；

(4)取吸收光譜圖中吸收峰值位置對應的波長λ₀為氣體最佳探測波長，利用該波長處氣體吸收系數與吸收截面和氣體絕對濃度的關系：α(λ₀)＝σ(λ₀)·N，N∝ρ，即N與氣體絕對濃度ρ成正比，σ(λ₀)為λ₀時氣體的吸收截面，N為粒子數密度，計算求得待測氣體絕對濃度ρ；或者通過定標的方法確定待測氣體絕對濃度。

2、根據權利要求1所述的基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于：所述的光源采用可調諧量子級聯激光器，波長調諧通過改變其工作溫度和驅動電壓實現。

3、根據權利要求1所述的基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于：所述的兩塊相同的、凹面鍍高反膜的平凹高反鏡的反射率大于99％；所構成的衰蕩腔為穩定腔或共焦腔，腔長L滿足0＜L＜2r，其中r為腔鏡凹面的曲率半徑。

4、根據權利要求1所述的基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于：所述的衰蕩腔采用PZT腔長調制技術，將其中一塊腔鏡安裝于PZT微驅動器上，通過周期性調制PZT電壓調制衰蕩光腔腔長，實現入射激光頻率與衰蕩腔本征模的模式匹配，使入射激光有效的耦合到諧振腔內。

5、根據權利要求1所述的基于量子級聯激光器紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于：所述的光腔衰蕩信號通過數字示波器記錄或數據采集卡采集，所測數據按照單指數衰減函數擬合計算衰蕩時間。

6、根據權利要求1所述的基于量子級聯激光器的紅外光腔衰蕩光譜痕量氣體檢測方法，其特征在于：所述的腔內無吸收的條件可由以下方式實現：將測量腔抽為真空、在測量腔內充入整個激光器調諧波段均無吸收譜線的氣體。