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带间级联激光器(ICL)是一类新型中红外激光光源,具有窄线宽、高边模抑制比、低功耗、寿命长等优点,它在光谱气体检测等领域有广阔的应用前景。激光器的线宽是光谱测量应用中备受关注的重要参数之一,决定了激光气体检测的分辨率。基于此本文开展了ICL动态线宽测量的研究,在测量分析ICL动态光谱特性的基础上,实现了ICL在痕量气体检测中的应用。 主要工作包括: 第一,ICL标准组件的设计、制作以及验证。为确保ICL的安全使用,对ICL标准组件进行了模块化设计如三维微调模块、隔热保护模块以及温度控制模块,并对装配后的组件进行了功能验证,实验结果表明,ICL标准组件不仅实现了光路的微调及准直功能,且有效降低了激光器工作负荷,提升了激光器工作稳定性。 第二,激光动态线宽测量装置的设计、制作及应用。设计制作了首台激光动态线宽测量装置,能够提供多个超短延时选择,可用于研究不同时延的动态线宽测量差异,同时该装置具有通用性,可用于测量多种类型可调谐激光器的动态线宽,如基于该装置测量了ICL、量子级联激光器(QCL)、普通二极管激光器(LD)的动态线宽和动态注入电流调谐速率,研究了这些光谱参数与激光器工作电流、调谐频率、工作温度之间的关系。 第三,甲硫醚在线分析仪的集成、参数优化及性能评价。集成了甲硫醚在线分析仪,并根据所测的ICL动态光谱特性进行了调制参数优化,提高了信噪比,最后全面评价了分析仪性能。结果表明,甲硫醚在线分析仪具有线性拟合相关度高(99.98%),检测限低(40.5ppb),测量不确定度低(0.17%FS)等优点,满足低浓度甲硫醚气体的监测需求。 本文设计的ICL标准组件有效保证了激光器在复杂工况下的工作稳定性,目前已成功用于线宽测量装置、甲硫醚在线分析仪等;而且研制了首台激光动态线宽测量装置,并使用该装置实际测量了各类DFB类型可调谐激光器的动态光谱特性;同时也研制了以ICL为光源的甲硫醚在线分析仪,可用于工业废气中甲硫醚的实时在线监测。