近红外波段的气体吸收强度低,不利于痕量气体的测量。利用分子在中红外波段的基频吸收特性,使用单个新型室温连续输出量子级联激光器(CW-QCL)结合波长调制光谱技术(WMS)和长程光学吸收池,建立了一套高灵敏度和高精度的大气多组分温室气体同时检测的激光光谱系统。该系统的输出波数范围为2202.8~2205.6 cm ^-1,覆盖了CO、N₂O和H₂O的中心吸收谱线。实验测试结果表明:在1 s的时间分辨率下,CO、N₂O和H₂O的测量精度分别为1.83×10 ^-8,1.86×10 ^-9,1.19×10 ^-4;当满足最佳积分时间(100 s)时,系统的最低检测限可以达到1.8×10 ^-9(CO),0.16×10 ^-9(N₂O),1.5×10 ^-5(H₂O)。通过长时间测量和分析可知,所提系统部件简单,使用方便,满足大气多组分气体长时间测量要求,可广泛应用于大气化学和温室气体等领域的高灵敏检测研究。

根据一氧化碳（CO）气体分子在4.7 μm处的基频吸收特性, 使用中心波长为4.75 μm的量子级联激光器（QCL）和多反射气体吸收气室（MGC）设计了一种新型CO传感器。 该仪器使用可在室温脉冲方式下工作并具有热电制冷功能的QCL, 通过对其温度和注入电流进行调节, 最终使得出射光波长定位在CO基频吸收带的一根强吸收线（2　103 cm-1）。 与此同时, 使用有效光程为16米的新型MGC（40 cm长, 800 ml采样容积）和液氮冷却碲镉汞中红外探测器, 有效提高了系统的响应灵敏度。 此外, 系统中配合使用了参考气室和空间滤波光学结构, 有效地改善了入射光束的质量, 降低了由光源的不稳定而产生的噪声, 进一步提高了系统的检测灵敏度。 在实验室条件下对不同浓度的CO气体进行多次重复检测, 结果显示, 该仪器工作稳定, 按信噪比为1计算, 可实现对一氧化碳气体的检测下限为5 μmol·mol-1。

根据中红外光谱吸收原理, 利用甲烷（CH4）气体分子在7.5 μm处的基频吸收特性, 设计了一种基于量子级联激光器（QCL）和新型多反射长光程气体吸收气室（MPC）的甲烷气体传感器。 该仪器使用了可进行热电冷却、 工作在脉冲方式下、 中心波长为7.5 μm的QCL, 通过在室温条件下调节其注入电流（500 mA～1.6 A调节范围）, 其出射光波长可以扫过CH4（1　332.8 cm-1）气体吸收线。 同时使用了一种紧凑型MPC（40 cm长, 800 mL采样容积）, 使得系统有效总光程达到16 m。 此外, 系统中使用了参考气室, 并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求, 配合差分吸收光谱检测原理, 有效地改善了光束质量, 降低了由光源波动引起的噪声, 提高了仪器的检测灵敏度。 通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测, 该仪器的稳定性能良好, 按信噪比为1计算, 可实现对甲烷气体的检测下限为1 μmol·mol-1。

一氧化碳是一种无色、 无味、 有毒、 易燃的危险气体, 且低浓度的该气体可以使人中毒、 窒息、 危及生命。 因此研制一种能够检测一氧化碳气体浓度的检测仪意义重大, 尤其在环境复杂(湿度和粉尘浓度都很大)的矿井下。 本文所述的是一种紧凑型检测仪器, 其能够灵敏、 快速、 连续地监测环境空气中痕量一氧化碳气体浓度。 该仪器采用激发波长为48 μm的中红外量子级联激光器(QCL)和红外碲镉汞探测器的最新半导体技术, 结合中红外光程长度为76 m的多次反射herriott吸收气室, 可以在4 s的采样时间内实现40 nmol·mol-1气体检测灵敏度。 同时, 该仪器利用差分吸收光谱检测原理, 设计了双光路双通道空间光学结构, 消除了电调制光源所带来的不稳定性, 有效地提高了仪器浓度检测下限。 实验表明, 该仪器通过所集成的气体浓度反演算法, 能够在无需校准的情况下, 可以用于环境监测中的实地痕量气体测量, 并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的QCL来测量其他气体。

一种具有高稳定性和高敏感度的紧凑型仪器, 能精确、 实时、 实地连续测量和显示环境空气中的痕量甲烷(CH4)浓度。 仪器采用了已集成热电制冷器激射波长为7.5μm的法布里-珀罗量子级联激光器(QCL)在室温脉冲工作模式下的最新技术, 以覆盖CH4位于ν4附近基频特征吸收谱带。 同时, 采用高品质液氮制冷碲镉汞中红外探测器, 配合全反射镀金椭球反射镜一同使用, 在20 cm单路径开放式光路吸收气室环境下, 确保被测甲烷气体浓度为200 μmol·mol-1的实验条件下保持稳定度高达5.2×10-3。 此仪器所集成的软件算法通过时间鉴别电子技术实现对QCL控制, 能够在无需校准的情况下, 提供连续痕量甲烷气体检测。 实验表明, 仪器可以用于环境监测中的实地痕量气体测量, 并且操作人员可以通过替换在不同波长下运行的QCL来测量其他气体。