氣體分析儀主要利用激光光譜技術，通過氣體對特定波長的激光吸收特性來檢測氣體濃度。1.激光吸收光譜原理激光吸收光譜法基于不同氣體分子對特定波長的激光具有不同的吸收特性。當激光光束穿過氣體樣品時，特定氣體分子會吸收與其吸收光譜相匹配的激光波長。通過測量吸收后的激光強度變化，可以確定氣體的濃度。2.調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）調(diào)諧二極管激光吸收光譜（TDLAS）是激光氣體分析儀**常用的技術之一。其工作原理如下：激光光源：使用調(diào)諧半導體激光器作為光源，能夠在特定的窄波段范圍內(nèi)快速調(diào)諧激光波長，精確匹配待測氣體的吸收峰。氣體吸收過程：激光器發(fā)射的窄帶單色激光穿過待測氣體樣品。由于特定氣體分子在特定波長處具有吸收峰，部分激光能量被吸收，導致光強度減弱。探測器測量：激光通過氣體后，剩余的激光光強被探測器接收。探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，測量激光強度的衰減。信號處理與濃度計算：分析儀通過計算吸收光譜的強度和形狀，使用朗伯-比爾定律（Beer-LambertLaw）來推導出氣體的濃度。TDLAS技術的高分辨率和高靈敏度使其能夠準確檢測低濃度的氣體。3.光聲光譜（PAS）光聲光譜（PhotoacousticSpectroscopy。 TDLAS利用可調(diào)諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流變化，對分子的單個或幾個相近的吸收線進行測量。青海水QCL激光器

    QCL激光器的基本結構包括FP-QCL（上圖）、DFB-QCL（中圖）和ECqcL（下圖）。增益介質(zhì)顯示為灰色，波長選擇機制為藍色，鍍膜面為橙色，輸出光束為紅色。1.**簡單的結構是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P結構中，切割面為激光提供反饋，有時也使用介質(zhì)膜以優(yōu)化輸出。2.第二種結構是在QC芯片上直接刻分布反饋光柵。這種結構（DFB-QCL）可以輸出較窄的光譜，但是輸出功率卻比FP-QCL結構低很多。通過**大范圍的溫度調(diào)諧，DFB-QCL還可以提供有限的波長調(diào)諧（通過緩慢的溫度調(diào)諧獲得10~20cm-1的調(diào)諧范圍，或者通過快速注進電流加熱調(diào)諧獲得2~3cm-1的范圍）。3.第三種結構是將QC芯片和外腔結合起來，形成ECqcL。這種結構既可以提供窄光譜輸出，又可以在QC芯片整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1）提供快調(diào)諧（速度超過10ms）。由于ECqcL結構使用低損耗元件，因此它可在便攜式電池供電的條件下高效運作。 寧夏加工QCL激光器可調(diào)諧半導體激光吸收光譜（ＴＤＬＡＳ）是一種 具有高分辨率、高靈敏度、快速檢測特點的氣體檢測 技術。

    工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化石燃料燃燒、機動車尾氣排放等人類活動產(chǎn)生的過量溫室氣體加劇了全球氣候變暖，研究和發(fā)展適用于不同空間、時間尺度的溫室氣體精確、快速、動態(tài)檢測技術是環(huán)境氣候研究的基礎和前提?；诠庾V學原理的氣體檢測技術，具有非接觸、快響應、高靈敏、大范圍監(jiān)測等優(yōu)點，是目前溫室氣體監(jiān)測技術的主流研究方向。針對當前溫室氣體點源、面源、區(qū)域、全球等尺度下的監(jiān)測需求，綜合利用多種形式的光譜學測量手段，開展地面探測、地基探測、機載探測和星載探測四種典型光學觀測，獲取溫室氣體空間分布、季節(jié)變化和年變化的特征和趨勢，這對理解區(qū)域碳排放、掌握源匯信息、研究環(huán)境氣候變化規(guī)律等具有重要意義。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6），其中后三種氣體造成溫室效應的能力強，但從對全球升溫的貢獻百分比來說，CO2、CH4和N2O三大主要溫室氣體所占的比例大，它們對全球變暖的總體貢獻占到77%，濃度也呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢。

    痕量氣體檢測對于很多領域都有著非常重要的作用,比如大氣環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程監(jiān)測、燃燒流場診斷、人體呼吸氣體檢測等等。而紅外光譜為分子的振動躍遷光譜,因此在檢測技術中,“紅外激光光譜法”是目前受到較多關注的主流方法之一。不同于傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、非分散紅外光譜(NDIR)這些“紅外光譜”同門,紅外激光光譜配置的不是寬帶光源,而是高單色性的紅外激光。有著更高的光譜分辨率、可以實現(xiàn)長光程檢測、不需要額外分光部件,儀器能夠進一步小型化等等優(yōu)點。按波段來分的話,紅外激光光譜法主要涉及近紅外和中紅外兩個波段。相對于近紅外,中紅外波段是氣體分子基帶吸收光譜區(qū),分子吸收線的強度比近紅外要大幾個量級。比如,CH4在3．3um處的吸收強度,是其在1．6um處的163倍,理論檢測下限可達0．9ppb/m。因此,它能夠?qū)崿F(xiàn)痕量氣體的超高靈敏探測。在一些濃度較低或?qū)`敏度要求較高的污染源排放的氣體監(jiān)測中,有很好的應用。 中紅外QCL-TDLAS激光氣體檢測技術有 ppb 級超高靈敏度、超大檢測范圍、高選擇性、實用性強，易于維護等優(yōu)勢。

    量子級聯(lián)激光器輸出功率較高圖3量子級聯(lián)激光器有源區(qū)工作示意圖（兩個周期）比起中紅外波段其它光源，QCL的輸出功率較高。不同的激光氣體檢測應用中會需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改變工作電流就可以改變激光器的輸出功率，高功率的激光器能夠提供的功率范圍大，可以滿足更多的應用場景。QCL輸出功率較高的原因可以歸結于其本身的有源區(qū)結構設計，其電子利用效率較高。內(nèi)量子效率是指每秒注入有源區(qū)的電子-空穴對數(shù)能夠產(chǎn)生的光子數(shù)多少。圖3給出典型的QCL有源區(qū)工作示意圖，電子流通過一系列的子帶和微帶，實現(xiàn)子帶中的上能級電子的集聚，之后迅速躍遷到下能級并產(chǎn)生光子，之后注入?yún)^(qū)再重復利用電子流，使之進入下一個循環(huán)。理論上一個電子可以產(chǎn)生與有源區(qū)級數(shù)相同的光子數(shù)，從而內(nèi)量子效率較高，輸出的功率也就越大。而常規(guī)的半導體激光器中，一個電子在與空穴相遇后輻射出一個光子?？墒覝毓ぷ髟S多應用中需要激光器能室溫工作（室溫脈沖或室溫連續(xù)工作）。器件低溫工作時需將激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，將增大系統(tǒng)體積，而且不利于激光器的光束整形。而常規(guī)半導體激光器中電子和空穴的分布對溫度十分敏感，在長波長區(qū)域。 分布式反饋激光二極管（DFB-LD）檢測某種氣體，該二極管具有特定于該氣體的光吸收波長。黑龍江一氧化氮QCL激光器定制

DFB激光器由于具有良好的單色性，窄線寬特性和頻率調(diào)諧特性。青海水QCL激光器

    大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在－μm范圍，對應于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于－25μm范圍，對應于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。針對目前溫室氣體多目標場景監(jiān)測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術過程，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。 青海水QCL激光器

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