展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6 μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。

基于呼吸气体分析的疾病诊断技术，属于无损医学诊断研究范畴，是今后医学诊断的重要发展方向，将会在今后无损医学疾病诊断中发挥重要作用，尤其是在当下新冠疫情肆虐的背景下，对于无创、实时、准确性高的疾病诊断技术的需求更加迫切。针对呼吸气体诊断需求，在介绍腔增强吸收光谱技术基本原理和技术特点基础上，概述了腔增强呼吸气体诊断技术国内外发展历史及现状，并在归纳整理呼吸气体诊断特点的基础上，分析了今后腔增强呼吸气体诊断技术发展方向，可为后续技术的发展和应用提供参考。

大气中CO2主要的源和汇都集中在对流层, 精确地获取对流层CO2浓度廓线分布, 对研究CO2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。 基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)高分辨、 高灵敏度和快速响应等特点, 研制了采用直接吸收技术的小型化CO2探测系统, 选取位于2 004.02 nm处的R(16), ν1+ν3吸收谱线, 避免了附近H2O分子的吸收干扰, 对CO2浓度廓线进行了球载测量, 获取了10 km以下对流层中CO2的分子数密度分布。 受限于球载测量环境, 系统采用紧凑型设计, 在单块电路板上实现激光器驱动、 弱信号调理, 光谱数据采集及浓度计算等功能, 受嵌入式微处理器的运算能力和硬件资源限制, 对浓度反演算法进行了优化, 避免冗余计算, 降低了算法耗时。 和采用波长调制技术的TDLAS传统仪器相比, 借助光程20 m的开放式Herriott多次反射池, 采用直接吸收技术, 避免了浓度标定步骤, 提高了对测量环境的适应性, 通用性的硬件和软件结构可适用于测量不同气体, 只需更换激光器和调整算法关键参数。 小型化的设计思想降低功耗, 减小体积, 兼顾了响应速度和测量精度, 室温条件下功耗小于1.5 W, 单板体积120 mm×100 mm×25 mm, 1.5 s时间响应下的测量精度为±0.6×10-6, 经验证, 该系统可在对流层内实现CO2 15 m垂直空间分辨的高精度检测, 是一种可行的气体廓线球载探测手段。

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体，CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线，搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO 监测系统。采用直接吸收技术，吸收光程为700 m，借助离轴抛物面镜实现了收发同光路；低功耗、小型化的测量控制系统，在单块电路板上实现了激光器驱动、光谱信号处理等功能，单板体积为120 mm×100 mm×25 mm，功耗小于5 W。上位机对光谱数据进行多峰拟合处理，分离出CO和CH4的吸收光谱，反演CO浓度。通过分析光谱数据标准差可知，在1 s响应时间下的检测限为0.06×10-6。对大气中的CO浓度进行了连续监测，测量结果和CO点式分析仪结果一致性良好，验证了该系统仪器化的可行性。

量子级联激光器是一种新型的红外相干光源。 利用量子理论与带隙工程, 量子级联激光器可实现3 μm到100 μm波长范围内的任意输出波长。 由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段, 而中红外量子级联激光器具有功率高、 线宽窄、 扫描速度快等独特的优点, 因此, 基于量子级联激光器的红外光谱技术已成为气体检测技术的研究热点。 尤其是, 近年来室温激光器性能得到不断的完善, 输出功率和电光转换效率得到了极大的提高, 这在很大程度上推动了红外激光光谱技术的迅速发展。 本文根据工作原理, 分别介绍了基于直接吸收谱检测、 相位调制光谱检测、 光声调制光谱检测和法拉第旋光效应光谱检测的量子级联激光器红外光谱检测技术, 并对其实现方法和应用情况进行了介绍。

采用开放光程可调谐二极管激光吸收光谱技术和反向拉格朗日随机扩散模型, 通过田间试验, 开展基于高时间分辨率数据的农田氨挥发研究, 旨在为揭示农田氨挥发的动态变化规律提供新技术新方法。 结果表明, TDLAS-bLS法能有效监测农田氨挥发动态, 尤其是日内变化规律。 豫北平原潮土农田夏玉米追肥后日内氨挥发有两个挥发峰值, 分别在9:00和14:00左右, 第一个高峰是由于夜晚溶解在露水中的氨气随露水蒸发而再次挥发, 第二个高峰受地温和光照影响所致。 追肥后氨挥发速率迅速升高, 但挥发高峰期持续时间较短, 集中于前四天, 整个监测期内氨挥发损失约25.3%。 TDLAS-bLS法与通气法相比, 测定结果有一定差异。

基于可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术,结合实验室自制程长可达 50 m 的Herriot池,使用波长计对乙烷吸收谱线进行了准确定标, 并根据记录的光谱数 据,精确测量了6039[EQUATION]6054 cm[EQUATION]波段内71条乙烷分子的谱线(中心位置及谱线强度), 最小可探测谱线吸收强度为10[EQUATION] cm[EQUATION]/(molecule[EQUATION]cm[EQUATION]),对结果及误差进行了 详细分析,为进一步研究天然气提供了重要参考。

建立了一套以分布反馈式(DFB)激光器为光源的高灵敏度连续波腔衰荡光谱测量系统, 该系统利用DFB激光器的电流调谐特点使激光在衰荡腔内谐振, 利用其电流调制的特点实现入射光的关断, 进行衰荡测量。对标准具效应消除前后的系统进行了测试, 结果表明, 前后系统等噪声探测灵敏度分别为2.56×10-7 cm-1和1.27×10-8 cm-1。以衰荡腔的纵模间隔为扫描步长对6591.43 cm-1处N2O的氮气加宽线宽系数进行了测量, 测量结果分别为0.0819 cm-1和0.0808 cm-1, 对测量结果与HITRAN2004数据库中参数间的差别进行了讨论。

NI公司的LabVIEW软件可以应用到多种场合。报道了利用此虚拟仪器技术设计开发的工业气体中氧气浓度的实时在线监测软件系统。通过实验验证了所设计开发的程序操作简单、界面直观，适合工业氧气浓度的实时在线监测。

随着社会的发展，对基于激光光谱技术的快速、灵敏和选择性气体探测的需求日益增加，量子级联(QC)激光器特有的高输出功率、宽调谐范围和能够在室温或者接近室温下工作的特性使它成为气体遥测的理想光源。详细描述了QC激光器，介绍了基于室温脉冲QC－DFB激光器的典型的中红外激光光谱实验装置，并探讨了QC激光器应用于气体检测的广阔前景。