发射中红外激光的量子级联半导体激光器（QCL）在气体分子检测，特别是氮氧化物的吸收光谱检测中有突出的应用前景。目前QCL有脉冲和连续光两种主流形式，具有不同的应用特性。采用同波长的两种激光器，搭建相应的驱动及调制解调系统，同时对一氧化氮进行测量：对脉冲QCL采用啁啾调制；对连续QCL采用正弦波调制和二次谐波解调。然后比较了两系统的光谱分辨率、测量范围、线性度、检出限、噪声等指标。结果表明，脉冲系统的测量范围为连续光系统的4.6倍，检出限为后者的2.2倍；连续光系统的线性结果较好。两种系统中，干涉效应导致的光学噪声为电子噪声的10倍，因此消除光学干涉将是该类仪器提高性能的关键。

采用可调谐激光二极管吸收光谱技术,研制了一种近红外激光二氧化碳(CO2)传感系统。该系统包含中心波长为1572 nm的分布反馈激光器、密集光斑型气室和铟镓砷探测器,利用LabVIEW程序提取二次谐波信号幅值并反演了CO2浓度。为了表征传感器性能,利用该系统开展了气体检测实验。结果显示,当调制深度为0.32 cm -1时,二次谐波信号的幅值最大;在体积分数为0~3%范围内,二次谐波信号的幅值与CO2浓度具有较高的线性度(拟合优度为0.999);当CO2体积分数为0时,连续测试1 h,反演得到的浓度波动范围为-2×10 -4~1.17×10 -4;当积分时间为297 s时,系统的灵敏度检测下限为2.7×10 -6;考虑动态配气时气体的扩散时间,系统的响应时间为40~42 s;连续15 h测量室内大气中CO2浓度,测得的CO2平均体积分数约为(560±46)×10 -6。与已经报道的传感器相比,该气体传感系统呈现出类似的品质因数,可在工农业生产、环境保护等领域得到一定的推广和应用。

利用可调谐激光二极管吸收光谱技术进行气体检测时, 波长调制伴随的光强幅度调制, 会使解调出的谐波谱线发生畸变。 在傅里叶分析的基础上对可调谐激光二极管吸收光谱任意调制幅度的波长调制光谱信号进行了分析, 给出了光强幅度调制引起吸收谱线畸变的理论解释。 提出了在波长调制过程中进行同步平抑幅度调制的方法来消除谱线畸变, 设计了实验方案并进行了二氧化碳气体实验验证。 实验表明, 平抑后的残余光强调制幅度约比补偿前降低了3个数量级, 气体吸收谱线二次谐波畸变量比补偿前降低了92％。 该方法在有效校正光谱线畸变的同时, 降低了对系统中光电探测器、 滤波器、 数模转换器等环节的动态范围要求, 具有在工业现场痕量气体在线监测系统中推广应用的潜力。

可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是最有潜力的痕量气体在线监测技术之一。 受测量原理的限制, 其测量结果受温度和气压影响很大, 目前多采用现场安装传感器来测量温度和气压信息, 以对该误差进行修正。 提出了利用在线参考气室对TDLAS系统中温度、 气压变化引起的测量误差进行在线自校准; 该参考气室内包含标准浓度的被测气体, 并带有能变形的压力膜盒, 工作的时候, 该气室被放置在被测气体工作环境中, 能自适应地调整室内气压和温度; 在一次扫描过程中同时测得工作光路和参考光路的吸收光谱, 并求得二者的吸收谱线强度比, 即可得到校准后的被测痕量气体的浓度, 无需考虑温度和气压影响; 还介绍了这一自校准系统的原理、 设计、 实验和现场应用.