[发明专利]基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法

权利要求书

1、基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于通过实现步骤如下：

(1)基于光腔衰荡技术，由两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜凹面相对构成衰荡腔；衰荡腔镜安装于样品池两端，衰荡腔与样品池组成密封的测量腔；以可调谐量子级联激光器为光源，针对所测气体的谱线特征选取测量波段及波长扫描步长；

(2)在腔内无吸收条件下，按选定测量波段及波长扫描步长调谐激光器输出波长，在各波长λ下，探测光腔输出的衰荡信号，按照单指数衰减函数拟合计算空腔衰荡时间τ_empty(λ)；然后向腔内充入痕量待测气体，重复上述过程测得各波长λ下的衰荡时间τ(λ)；依关系式α(λ)=1c(1τ(λ)--1τempty(λ)),]]>计算气体的吸收系数α(λ)，绘制吸收系数α(λ)与波长λ的关系曲线即得所测气体的吸收光谱图，c为光速；

(3)将所得吸收光谱图与已知的HITRAN数据库中相应气体的谱线特征对比，确定所测气体是否含有预期气体成分；

(4)取吸收光谱图中吸收峰值位置对应的波长λ₀为气体最佳探测波长，利用该波长处气体吸收系数与吸收截面和气体绝对浓度的关系：α(λ₀)＝σ(λ₀)·N，N∝ρ，即N与气体绝对浓度ρ成正比，σ(λ₀)为λ₀时气体的吸收截面，N为粒子数密度，计算求得待测气体绝对浓度ρ；或者通过定标的方法确定待测气体绝对浓度。

2、根据权利要求1所述的基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于：所述的光源采用可调谐量子级联激光器，波长调谐通过改变其工作温度和驱动电压实现。

3、根据权利要求1所述的基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于：所述的两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜的反射率大于99％；所构成的衰荡腔为稳定腔或共焦腔，腔长L满足0＜L＜2r，其中r为腔镜凹面的曲率半径。

4、根据权利要求1所述的基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于：所述的衰荡腔采用PZT腔长调制技术，将其中一块腔镜安装于PZT微驱动器上，通过周期性调制PZT电压调制衰荡光腔腔长，实现入射激光频率与衰荡腔本征模的模式匹配，使入射激光有效的耦合到谐振腔内。

5、根据权利要求1所述的基于量子级联激光器红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于：所述的光腔衰荡信号通过数字示波器记录或数据采集卡采集，所测数据按照单指数衰减函数拟合计算衰荡时间。

6、根据权利要求1所述的基于量子级联激光器的红外光腔衰荡光谱痕量气体检测方法，其特征在于：所述的腔内无吸收的条件可由以下方式实现：将测量腔抽为真空、在测量腔内充入整个激光器调谐波段均无吸收谱线的气体。