气体分析仪主要利用激光光谱技术，通过气体对特定波长的激光吸收特性来检测气体浓度。1.激光吸收光谱原理激光吸收光谱法基于不同气体分子对特定波长的激光具有不同的吸收特性。当激光光束穿过气体样品时，特定气体分子会吸收与其吸收光谱相匹配的激光波长。通过测量吸收后的激光强度变化，可以确定气体的浓度。2.调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）是激光气体分析仪**常用的技术之一。其工作原理如下：激光光源：使用调谐半导体激光器作为光源，能够在特定的窄波段范围内快速调谐激光波长，精确匹配待测气体的吸收峰。气体吸收过程：激光器发射的窄带单色激光穿过待测气体样品。由于特定气体分子在特定波长处具有吸收峰，部分激光能量被吸收，导致光强度减弱。探测器测量：激光通过气体后，剩余的激光光强被探测器接收。探测器将光信号转换为电信号，测量激光强度的衰减。信号处理与浓度计算：分析仪通过计算吸收光谱的强度和形状，使用朗伯-比尔定律（Beer-LambertLaw）来推导出气体的浓度。TDLAS技术的高分辨率和高灵敏度使其能够准确检测低浓度的气体。3.光声光谱（PAS）光声光谱（PhotoacousticSpectroscopy。 TDLAS利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流变化，对分子的单个或几个相近的吸收线进行测量。青海水QCL激光器

    QCL激光器的基本结构包括FP-QCL（上图）、DFB-QCL（中图）和ECqcL（下图）。增益介质显示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。1.**简单的结构是F-P腔激光器（FP-QCL）。在F-P结构中，切割面为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。2.第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过**大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注进电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）。3.第三种结构是将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。 宁夏加工QCL激光器可调谐半导体激光吸收光谱（ＴＤＬＡＳ）是一种 具有高分辨率、高灵敏度、快速检测特点的气体检测 技术。

    工农业生产、化石燃料燃烧、机动车尾气排放等人类活动产生的过量温室气体加剧了全球气候变暖，研究和发展适用于不同空间、时间尺度的温室气体精确、快速、动态检测技术是环境气候研究的基础和前提?；诠馄籽г淼钠寮觳饧际?，具有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点，是目前温室气体监测技术的主流研究方向。针对当前温室气体点源、面源、区域、全球等尺度下的监测需求，综合利用多种形式的光谱学测量手段，开展地面探测、地基探测、机载探测和星载探测四种典型光学观测，获取温室气体空间分布、季节变化和年变化的特征和趋势，这对理解区域碳排放、掌握源汇信息、研究环境气候变化规律等具有重要意义。二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6），其中后三种气体造成温室效应的能力强，但从对全球升温的贡献百分比来说，CO2、CH4和N2O三大主要温室气体所占的比例大，它们对全球变暖的总体贡献占到77%，浓度也呈现出逐年升高的趋势。

    痕量气体检测对于很多领域都有着非常重要的作用,比如大气环境监测、工业过程监测、燃烧流场诊断、人体呼吸气体检测等等。而红外光谱为分子的振动跃迁光谱,因此在检测技术中,“红外激光光谱法”是目前受到较多关注的主流方法之一。不同于傅里叶变换红外光谱(FTIR)、非分散红外光谱(NDIR)这些“红外光谱”同门,红外激光光谱配置的不是宽带光源,而是高单色性的红外激光。有着更高的光谱分辨率、可以实现长光程检测、不需要额外分光部件,仪器能够进一步小型化等等优点。按波段来分的话,红外激光光谱法主要涉及近红外和中红外两个波段。相对于近红外,中红外波段是气体分子基带吸收光谱区,分子吸收线的强度比近红外要大几个量级。比如,CH4在3．3um处的吸收强度,是其在1．6um处的163倍,理论检测下限可达0．9ppb/m。因此,它能够实现痕量气体的超高灵敏探测。在一些浓度较低或对灵敏度要求较高的污染源排放的气体监测中,有很好的应用。 中红外QCL-TDLAS激光气体检测技术有 ppb 级超高灵敏度、超大检测范围、高选择性、实用性强，易于维护等优势。

    量子级联激光器输出功率较高图3量子级联激光器有源区工作示意图（两个周期）比起中红外波段其它光源，QCL的输出功率较高。不同的激光气体检测应用中会需要不同的功率，故激光器的高功率工作是非常必要的。改变工作电流就可以改变激光器的输出功率，高功率的激光器能够提供的功率范围大，可以满足更多的应用场景。QCL输出功率较高的原因可以归结于其本身的有源区结构设计，其电子利用效率较高。内量子效率是指每秒注入有源区的电子-空穴对数能够产生的光子数多少。图3给出典型的QCL有源区工作示意图，电子流通过一系列的子带和微带，实现子带中的上能级电子的集聚，之后迅速跃迁到下能级并产生光子，之后注入区再重复利用电子流，使之进入下一个循环。理论上一个电子可以产生与有源区级数相同的光子数，从而内量子效率较高，输出的功率也就越大。而常规的半导体激光器中，一个电子在与空穴相遇后辐射出一个光子?？墒椅鹿ぷ餍矶嘤τ弥行枰す馄髂苁椅鹿ぷ鳎ㄊ椅侣龀寤蚴椅铝ぷ鳎?。器件低温工作时需将激光器放置在液氮制冷的杜瓦中，将增大系统体积，而且不利于激光器的光束整形。而常规半导体激光器中电子和空穴的分布对温度十分敏感，在长波长区域。 分布式反馈激光二极管（DFB-LD）检测某种气体，该二极管具有特定于该气体的光吸收波长。黑龙江一氧化氮QCL激光器定制

DFB激光器由于具有良好的单色性，窄线宽特性和频率调谐特性。青海水QCL激光器

    大气中CO2、CH4、N2O三大温室气体的特征吸收光谱主要位于近红外和中红外光波段，其中近红外波段波长在－μm范围，对应于气体分子的“泛频”吸收谱带，而中红外波段波长位于－25μm范围，对应于气体分子的“基频”吸收谱带，吸收强度要明显高于近红外波段，适用于浓度痕量气体分子的高灵敏检测。针对目前温室气体多目标场景监测需求，研究人员开展了不同形式的探测方法研究，主要包括地面探测、地基探测、机载探测和星载探测，综合运用各种吸收光谱技术和仪器，通过扫描获取温室气体红外波段的特征吸收光谱，经过光电信号转换、光谱信号采集、浓度算法解析、软件数据处理等技术过程，能够实现温室气体多组分高灵敏时空分辨观测。 青海水QCL激光器

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