第35卷，第6期 2015年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
4.4um中红外激光外差光谱探测技术研究
Vol.35,No.6 -pp1516-1519
June,2015
谈图1，2，曹振松”，王贵师1,2，汪磊"，2，刘锟1.2，黄印博”，陈卫东”，高晓明1.2*
1.中国科学院安徽光学精密机械研究所大气物理化学研究室，安徽合肥230031
2.中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室，安徽合肥230031
3 . Laboratoire de Physicochimie del ' Atmosphere , Universite du Littoral Cote d'Opale , 189A ,
Av, Maurice Schumann, 59140Dunkerque, France
摘要在国内首次报道以窄线宽的4.4um外腔量子级联激光（QCL)作为本地振荡光源，黑体作为辐射光源的激光外差光谱实验装置的建立和测量工作。激光外差光谱是一种高灵敏度的光谱探测技术，并可以用于发展一种小型的光谱探测系统，进行地基或星载的地球大气或天文观测。介绍广激光外差的基本理论、装置的建立和实验测量工作。此激光外差光谱实验装置采用4.4um外腔量子级联激光，出光功率高达180 mW，在4.384.52um间连续可调，具有很宽的光谱调谐范围，能实现C0，C0和N0等大气重要分子的同时测量。通过开展不司压力下CO：气体的激光外差光谱测量，对激光外差光谱实验装置的性能进行了评估。目前该激光外差系统的信噪比达到86，低于散粒噪声极限条件的理论计算值287，系统的光谱分辨率约为0.0078cm-1，能满足较窄线宽条件下的高分辨率激光外差光谱的测量。分析结果表明，中红外激光外差光谱系统具有很高的瞬态信噪比及光谱分辨率，在高精度测量大气温室气体的柱浓度和温室气体垂直线分布方面具有广阔的应用前景。
关键词激光外差；外差光谱；高灵度探测
中图分类号：0433.5文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2015 )06-1516-04
域[-5]。Parvitte等使用QCL激光器作为本振光源建立的激光外差系统，测量了大气臭氧在1090cm-附近的吸收光谱，并与气体激光器为本振光源的外差系统进行对比。
大气中CO2，CH4和N:O等温室气体的增加对全球变暖和气候变化起着主要的贡献，大气温室气体的柱浓度及垂直廓线的高精度测量既是当前研究热点，也是研究难点。由于大气层的分层结构，不同分层压力和温度各不相同，在大气垂直方向上，分子的谱线线宽从几百MHz变化到儿个 GHz]。所以，要高精度的测量整层大气的柱浓度及垂直廓线，测量仪器必须具有极高的光谱分辨率
近年来，基于红外激光外差光谱技术（或称红外微光外差太阳辐射计具有非常高的光谱分辨率受到了广泛的关注，开展广多组分温室气体柱浓度和空间部线垂直分布的高精度测量。红外激光外差光谱技术是利用太阳光和红外激光在非线性探测器中进行光学混频，它既保留了太阳辐射计的优点，又具有半导体激光器窄线宽的优点，故有极高的光谱分辨率和较高的噪声抑制性能，被应用于天文和大气探测领
收稿日期：2014-03-28，修订日期：2014-07-18
基金项目：国家自然科学基金项目（41175036，41205120)资助
Sonnabend等测量了大气臭氧的吸收谱并反演出臭氧浓度的垂直席线。DamienWeidmann等使用8.4um波段的外腔 QCL激光外差系统，实现了H2O，Oa，NzO，CH，CCF 多种大气成分的吸收谱同时测量。国内关于激光外差技术的研究主要应用于激光雷达、激光测距等3-11]，是激光之间的外差，关于激光与宽带光源的非相干光之间的外差光谱技术尚未见报道
本文报道广红外激光外差光谱测量系统的建立和系统性能测试方面的研究工作。该红外激光外差光谱测量系统采用外腔QCL激光器为本振光源，黑体为信号光源，通过测量 2241.86cm-附近的CO:分子的吸收光谱信号，分析了系统的信噪比和光谱分辨率以及进一步应用于测量实际大气光谱的可行性。
作者简介：谈图，1984年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生e-mail：tantu@aiofm.acen
*通讯联系人e-mail：xmgad@aiofm,ac,er