第33卷，第4期 2013年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于量子级联激光器的红外光谱技术评述
温中泉，陈刚，彭琛，衰伟青
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，新型微纳器件与系统技术国防重点学科实验室，光电工程学院，重庆400044
Vol. 33,No. 4,Pp949-953
April，2013
摘要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100m波长范国内的任意输出波长，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。关键调量子级联激光器；红外光诺技术；激光光谱技术
中图分类号：0433.4
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2013)04-0949-05
激光器的波长扫描主要是通过工作温度调谐、电流加热和外置谐振腔调请三种方法实现。下面我们根据其工作原理，对现有的量子级联激光器光谱检测技术分类进行介绍。
量子级联激光器门是一种新型的红外相干光源，其设计波长范围涵盖3～100μm，在连续工作模式下激光输出功率可达到几百毫瓦至1瓦()。在脉冲模式下其电光转换效率可达到50%以上)，由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段，因此量子级联激光器在红外激光光谱技术方面有着广泛的应用前景。基于量子级联激光器的光谱检测系统具有灵敏度高、检测速度快、检测对象多、可实现远距离测量等优点。尤其是对低浓度气体检测（如：爆炸物挥发气体、大气痕量气体、矿井瓦斯气体、汽车尾气、工业废气、毒品会发气体、生化气体等)，红外量子级联激光器具有传统半导体激光器、传统光谱检测手段无法比拟的优势，可广泛地应用于国家安全、环境监测、工农业生产、医疗诊断、太空探索等领域。因此，基于量子级联激光器的红外光诺检测技术已成为各发达国家研究的热点。
基于量子级联激光器的光谱检测
目前，基于量子级联激光器的光谱检测包括直接吸收光诺检测和间接光谱检测。其中间接光谱检测主要有相位调制光谱检测、光声调制检美和法拉第旋光检测等。而量子级联
收稿日期：2012-07-19，修订日期：2012-10-20
1.1
直接吸收光谱检测
直接吸收谱检测是对检测波长处的吸光度进行直接的测
量。如图1所示，激光束通过样品室后，由光电探测器检测出射光强，通过对比有样品和无样品时的光强，获取样品的吸收光谱，根据比尔-朗伯定律，得到样品浓度，其光谱扫描主要通过三种方式实现：激光器工作温度调谐、电流加热和外置谐报腔。其中电流加热又可以分为脉冲内扫描和脉冲间扫描。
口
QCL
Sample Cell
业Deteetor
Direct absorption spectrum detecting system
Fig1
based on quantum cascade laser
1.1.1工作温度控制扫据
工作温度控制扫描是指，量子级联激光器工作在直流、单模输出模式下，通过直接控制量子级联激光器工作环境温度，改变激光器光波导谐振腔长，引起输出波长红移，从面实现波长扫描。采用直接湿度控制，光谱扫描速度较慢，但
基金项目：国家自然科学基金项目(61077057)和中央高校基本科研业务费项目(CDJRC10120014)资助
作者简介：温中泉，1975年生，重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室副教授万方数据
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