李春光，党敬民，李 健, 3，付 丽，陈 晨，王一丁*

1.吉林大学，集成光电子学国家重点联合实验室，电子科学与工程学院，吉林 长春 130012 2.吉林大学，国家地球物理探测仪器工程技术研究中心，仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130061 3.吉林农业大学信息技术学院，吉林 长春 130118

基于量子级联激光器和长光程气室的甲烷传感器

李春光1，党敬民1，李 健1, 3，付 丽1，陈 晨2*，王一丁1*

1.吉林大学，集成光电子学国家重点联合实验室，电子科学与工程学院，吉林 长春 130012 2.吉林大学，国家地球物理探测仪器工程技术研究中心，仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130061 3.吉林农业大学信息技术学院，吉林 长春 130118

根据中红外光谱吸收原理，利用甲烷(CH4)气体分子在7.5 μm处的基频吸收特性，设计了一种基于量子级联激光器(QCL)和新型多反射长光程气体吸收气室(MPC)的甲烷气体传感器。该仪器使用了可进行热电冷却、工作在脉冲方式下、中心波长为7.5 μm的QCL，通过在室温条件下调节其注入电流(500 mA～1.6 A调节范围)，其出射光波长可以扫过CH4(1 332.8 cm-1)气体吸收线。同时使用了一种紧凑型MPC(40 cm长，800 mL采样容积)，使得系统有效总光程达到16 m。此外，系统中使用了参考气室，并加入了空间滤波光学结构以满足MPC对入射光束的要求，配合差分吸收光谱检测原理，有效地改善了光束质量，降低了由光源波动引起的噪声，提高了仪器的检测灵敏度。通过对不同浓度的甲烷气体进行多次检测，该仪器的稳定性能良好，按信噪比为1计算，可实现对甲烷气体的检测下限为1 μmol·mol-1。……