[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

摘要

本发明公开了一种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，以可调谐量子级联激光器为光源，针对待测气体的谱线特征选取测量波段及波长扫描步长；利用光腔衰荡技术，分别测量腔内有无吸收时各波长处的光腔衰荡时间，计算相应波长的气体吸收系数，进而可得所测气体吸收系数与调谐激光波长的关系曲线即吸收光谱图。将该光谱图与HITRAN数据库中的对应气体的谱线特征对比，可分析确定所测气体是否含有预期气体成分；另取吸收光谱的吸收峰值波长为最佳探测波长，利用该波长处气体吸收系数与吸收截面和浓度的关系，可计算求得待测气体绝对浓度，也可通过定标测量待测气体绝对浓度。该方法测量灵敏度高，抗干扰能力强，易于实现多种痕量气体的快速、准确的在线分析检测。

主权项

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。