该技术文章展示了一个宽带光谱气体分析装置，覆盖850和1250 cm−1之间的分子指纹区域。该装置能够研究复杂的气体混合物，因为多通腔的鲁棒性保证了在全光谱扫描中稳定的相互作用长度。对于需要灵敏度在ppmv和数百ppbv水平的应用，该系统是快速估计气体样品组成而无需任何预处理的理想选择。此外，通过增加多通腔引入的延迟并在单个探测器中测量吸收和归一化信号，灵敏度可以提高10倍。
气体检测实验装置概述
实验装置的示意图概述如图1所示。它的主要组成部分是:一个激光源、一个增强吸收的多通腔和两个监测激光强度和测量多通腔后吸收信号的探测器。用与激光共对准的可见光激光测距仪(徕卡DISTO D2)作为导光束，测量多通腔内的相互作用距离。
图1
激光源是Block Engineering的LaserScope单元的一部分。它由两个协同排列的可调qcl组成。一个QCL覆盖21250px−1 ~ 25250px−1区域，第二个QCL辐射25250px−1 ~ 31250px−1区域。qcl使用Littrow配置中的衍射光栅与反向提取来调整波数。光栅的角度位置由压电元件控制。因此，发射波数是用施加在压电上的电压来校准的。qcl的波数精度为0.1 cm−1。qcl的平均功率根据发射的波数在0.5到12 mw之间变化。两个qcl都是脉冲的，脉冲重复率为200 khz，脉冲的时间宽度为208 ns。这些参数在发射强度和稳定性方面是z优的。使用脉冲qcl是因为它们在室温下工作稳定。
图中多通腔是基于McManus等人所描述的改进的Herriot结构。它由两个2.5英寸的像散反射镜(Aerodyne Research, Inc.)构成，在qcl全光谱范围内的反射率r > 0.983。沿光轴方向测得的反射镜间距为32.4 cm。镜子被放置在定制的安装在一个不锈钢真空电池。该电池具有一个输入ZnSe窗口(Thorlabs WG71050-F)，在工作光谱范围内透射t > 0.95。腔内反射的次数n决定了可实现的相互作用路径长度，但它也通过强度减小系数k决定了从腔内出来的光量，尽管这种类型的空腔允许相互作用长度达到100米，但我们更喜欢相互作用长度为54.36米的配置，它足够长，可以检测浓度水平为几ppmv的分子，同时提供强输出信号。多通电池输出的功率是进入电池的激光功率的5.5%。电池的总容积为0.6升。多重反射和紧凑的结构允许激光穿过电池的大部分体积，从而允许与整个气体样品均匀相互作用。
使用压力控制器(Bronkhorst, P-702CV-1K1A-RAD-22-V)和隔膜真空泵(Vacuubrand MD 1)来控制腔内的压力。压力测量对光谱中含有尖锐吸收线的分子尤为重要。由于不同的影响，例如碰撞或多普勒增宽，这些谱线可能会变宽。为了控制细胞内样品的注射，使用一套质量流量控制器(Bronkhorst, F-201CV1K0-RAD-22-V)，这样可以使用单稀释和双稀释技术制备所需浓度的样品。
对于检测，可使用两个热电冷却(TEC)汞镉碲化(MCT)探测器和一个快速采集卡(NI-PCI 5922)。如图所示，主探测器采集多通腔产生的信号。该探测器(VIGO System, PVI-4TE-10.6-0.3x0.3-TO8-BaF2)的截止频率为100 MHz，采集卡的采样率为每秒10兆采样(MS/s)，可以检测每个脉冲的峰值功率，提高测量的信噪比(SNR)。第二个探测器(激光范围单元，块工程)是必要的，以监测激光强度直接在qcl外，并标准化每个脉冲的强度。这种归一化使qcl的脉冲强度变化min化，并提高了系统的灵敏度。
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