2024年5月5日发(作者：葛妙柏)

第２３卷第９期　

２０１１年９月　

强　激　光　与　粒　子　束　

ＨＩＧＨ　ＰＯＷＥＲ　ＬＡＳＥＲ　ＡＮＤ　ＰＡＲＴＩＣＬＥ　ＢＥＡＭＳ　

Ｖｏ１．２３。ＮＯ．９　

Ｓｅｐ．，２０１１　

文章编号：　１００１—４３２２（２０１１）０９—２３６９—０４　

中心波长２．３３　ｍ附近ＣＯ和ＣＨ４分子的同时探测　

赵　辉　，　刘　锟　，　蔡廷栋　。，　谈　图　，　汪　磊　，　高晓明　

（１．中国科学院安徽光学精密机械研究所，合肥２３００３ｌ；　２．徐州师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州２２１１１６）　

摘要：采用分布反馈式半导体激光器作为探测光源，结合程长为１００　ｍ的离散型多通吸收池，采用直　

接吸收光谱技术，对室温下中心波长２．３３　ｍ附近各种低体积分数的ＣＯ及混合气体（ＣＯ，ＣＨ　和Ｎ。）的直接　

吸收光谱进行了测量。选择ｃ（）在４　２８８．２８９　８　ｃｍ　位置的吸收谱线和ＣＨ　在４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　处的吸收谱　

线进行痕量探测，在４０　６９８　Ｐａ的总压力下，实验测得ｃ０的探测极限为８．１５×１０　（信噪比约为２１６），ＣＨ　的　

探测极限为１８．４８×１０　（信噪比约为１４７）。　

关键词：　直接吸收光谱；　离散型多通吸收池；　ＣＯ；　ＣＨ　；　探测极限　

中图分类号：０４３３．１　文献标志码：　Ａ　ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１１２３０９．２３６９　

ＣＨ　是天然气和瓦斯等气体燃料的主要成分，瓦斯气体中ＣＨ　质量分数占８３　～８９　。当ＣＨ　气体体　

积分数达到５　～１５　时，遇明火就会爆炸，在９．５０　时爆炸威力极强ｌ】　］。瓦斯爆炸或有煤尘参与爆炸的同　

时，会生成大量有毒有害气体，其中就含有很多的ＣＯ气体。ＣＯ进入人体后可使人发生急性中毒，对人体有严　

重危害　］。瓦斯爆炸往往会引起井下支架和煤炭燃烧，造成矿井火灾。因此，ＣＨ　的实时监测在环境和工业　

领域一直受到人们的重视。近年来，分布反馈式（ＤＦＢ）半导体激光器得到了快速发展，由于具有线宽窄、体积　

小、可在室温下工作等优点，已广泛应用于光谱测量及痕量气体探测等研究中＿８　。Ｓ．Ｋａｓｓｉ等人利用ＤＦＢ半　

导体激光器，结合腔增强吸收光谱（ＣＥＡＳ）技术，对室温下２．３３　ｍ（４　３００　ｃｍ　）附近ＣＯ和ＣＨ　气体进行了　

同时探测　。Ｆｒａｏｏｑ等人用工作在２．５，２．７　ｍ附近的ＤＦＢ激光器，对水汽的体积分数和ＣＯ　气体的体积　

分数分别进行了燃烧诊断的研究¨１　。　。本文在建立的直接吸收光谱测量系统的基础上，利用中心波长位于　

２．３３　ｍ的ＤＦＢ半导体激光器作为光源，结合离散型多通吸收池，通过测量ＣＯ和ＣＨ　分别位于４　２８８．２８９　８，　

４　２８７．６５０　ｌ５　ｃｍ　处的两条谱线直接吸收信号，对其同时进行痕量探测，获得了在总压４０　６９８　Ｐａ时ＣＯ和　

ＣＨ４的探测极限。　

ｌ测量及分析原理　

频率为ｖ、强度为　。的单色激光通过光程为Ｌ的气体样品时，由朗伯一比尔定律得到其透过光强为　

（　）一　ｏｅｘｐ［一ａ（　）Ｌ］　

式中：ａ（ｖ）为吸收系数，可由光谱吸收强度确定。　

ａ（ｖ）一ｒ－－ｌｉｎ［－Ｉ。／　（ｖ）］　

弱吸收时，ａ（ｖ）Ｌ《１，有ｅｘｐＥ－－ａ（ｖ）Ｌ］￣ｌ－－ａ（ｖ）Ｌ，因此可对式（１）的指数作级数展开，并只取一次项，即　

ａ　ｃｖ　≈　一　

（３）　

（２）　

式中：３Ｉ＝　。一　（　）。吸收系数ａ（　）与气体分子数密度．Ｎ、线强Ｓ和吸收线型　（　）有关，其关系为　

ｄ（　）一Ｓ　（　）Ｎ　

（４）　

式中：Ｎ＝２．６８６　７５　Ｘ　１０　。×　×　，其中Ｔ为气体温度，　为气体压力。　

本文采用Ｖｏｉｇｔ线型对所测到的谱线进行拟合，其线型表达式为ｍ。　

一

Ａ　

７ｃ　Ｊ。。Ｖ＿『＿　Ｚ—　，　

ｄ　

（５）　

＊收稿日期：２０１０—１１—０１；　修订日期：２０１ｌ＿Ｏ４—１８　

基金项目：国家高技术发展计划项目（２００９ＡＡ０６Ｚ２０４）；安徽省自然科学基金项目（１１０４０６０６Ｍ１４７）　

作者简介：赵辉（１９８４），男，硕士，从事多组分气体的痕量探测研究；ｚｈｈｕｉ０８＠ｍａｉｌ．ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。　

强　激　光　与　粒　子　束　第２３卷　

式中：Ａ一　。其中，ｙＬ’ｙＤ分另ＩＪ为碰撞半宽和多普勒半宽０　

２探测实验及分析　

探测实验装置如图１所示。实验中，采用由　

日本ＮＥＬ公司生产的分布反馈式半导体激光　

器，激光输出波长在２．３　ｍ附近连续可调，电流　

调节范围为０～２００　ｍＡ，出光阈值电流约为５Ｏ　

ｍＡ，输出功率约为３　ｍＷ。激光器的工作温度和　

电流通过半导体激光控制器（ＩＬＸ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　

ＬＤＣ－３７２４Ｂ）控制，其电流的改变由函数发生器产　

生的三角波信号提供。为提高系统的灵敏度，实　

验过程中使用斩波器在一定频率下对光束进行调　

制，经调制后的光束由反射镜反射后进人离散镜　

片型多通吸收池，经１８２次反射后，有效吸收程长　

为ｉ００　ｍ，由多通池出射的光被透镜聚焦到ＩｎＳｂ　

Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅｔｕｐ　

光电探测器上（Ｐ５９６８－２００），探测器探测到的信号　

图１实验装置示意图　

经前置放大器放大后被送人锁相放大器　

（ＳＲ８３０），由锁相放大器解调出分子的吸收信号，最后输入计算机进行采集。　

为了选择合适的谱线在一次扫描范围内进行测量，　１，００　

根据ＨＩＴＲＡＮ２００８光谱数据库，对ＣＨ　和ＣＯ的吸收０．９９　

进行了模拟Ｉ１　。图２是根据ＨＩＴＲＡＮ２００８光谱数据库　ｊ　０．９８　

得到的在４　２８６～４　２９０　ｃｍ　问，总压力为６６　５００　Ｐａ（其　至０．９７　

中ＣＨ　和ＣＯ的压力分别为２６６，１３３　Ｐａ）、吸收程长为　蚕０．９６　

１００　ｍ、温度为２９６　Ｋ时，ＣＨ　和ＣＯ的吸收谱线模拟　～ｎ　９ｓ　

图。从图２可以看出，ＣＯ在此波段范围内只有一个强　。　

第９期　

一　ｕ】　。＿ｌ一，（　，（　／，一ＬＩ—　

赵辉等：中心波长２．３３　ｍ附近ＣＯ和ＣＨ　分子的同时探测　

５　４　３　２　ｌ　Ｏ　

７０　９０　１ｌ０　ｌ３Ｏ　１５Ｏ　

０　５３２　１　０６４　１　５９６　２　１２８　

ｓｅｔｐｏｉｎｔ／ａ．ｕ．　ＣＯｐｒｅｓｓｕｒｅ／Ｐａ　

Ｆｉｇ．３　ＣＯ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｒｅａ　

ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ　ａｔ　４　２８８．２８９　８　ｃｍ一　ｏｆ（１ｏ／卜一１）／Ｌ　ａｎｄ　ＣＯ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　

图３在４　２８８．２８９　８　ｅｍ－１处不同压力下ＣＯ吸收谱线　图４　ＣＯ积分面积（ｊｏ／Ｉ－－１）／Ｌ和压力之间的关系　

为了确定该系统在激光器的一次扫描范围之内是否可以同时探测ＣＯ和ＣＨ　，对混合气体的直接吸收光　

谱进行了测量，所得结果如图５所示。实验过程中，混合气体的总压力为７　９５０　Ｐａ，其中ＣＯ的体积分数为　

０．４２％，ＣＨ　的体积分数为０．３０％。可以看到，在该激光器的一次扫描范围之内，所选的两条ＣＯ和ＣＨ　吸　

一．Ｉ工Ｉ。　，。一ｖ／（　／（。～　一【Ｉ一一　

收谱线可以很好地区分，可以实现ＣＯ和ＣＨ　的同时探测。

４　３　２　１　Ｏ　

图６给出了体积分数相同（ＣＯ为１０３．６０×１０一，ＣＨ　为２３４．９２　ｘ　１０　）、压力不同时混合气体的直接吸　

收光谱。可以看出，分子吸收谱线随着压力增加，具有明显的碰撞展宽效应，线宽逐渐增大，在压力为４１　２５６　

Ｐａ时，４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　附近的３条ＣＨ　的吸收谱线混合形成了一个大的包络。　

收线，下半部分是实验值与理论值的残余振幅。　耄。８ｊ．。；；，．。凸　芒　：＝：　竺　

器一０　５｛——　—－ｒ——　—　—　——　—一＇——ｒ—　——Ｔ－—’——ｒ＿—　

３　结　论　９０　㈩　ｉ　。　。　

在基于直接吸收光谱技术的实验系统中，以工作在　Ｆｉｇ．７　Ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆｍｉｘｅｄ　ｇａｓ　

中红外２．３　ｆｆｍ附近的分布反馈式半导体激光器为光　ｎｉｍｕｍ　ｄｅ把　ａｂ【ｅ　ｃ０ｎｃ　”　“　

源，结合离散多通池，在激光器一次扫描范围内实现了对　图　最小可探测浓度下混合气体的直接吸收光谱　

ＣＯ和ＣＨ　的同时探测。本系统有效结合了离散型多通吸收池等效光程长和直接吸收操作简便的优点，同时　

采用激光离轴入射方式减小了吸收池镜片的干涉效应，有效提高了系统的探测灵敏度，在１００　ｍ吸收光程的　

２３７２　强　激　光　与　粒　子　束　第２３卷　

条件下对ＣＯ和ＣＨ　探测极限分别达到了８．１５Ｘ１０　（信噪比约为２１６）和１８．４８×１０　（信噪比约为１４７）。　

参考文献：　

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Ｆｕｋｕｄａ　Ｍ，Ｍｉ

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ｍｍｏｎｓ　Ｊ，Ｄｕｂｉｎｓｋｉｉ　Ｍ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｃｒｙｏ　ｃｏｏｌｅｄ　２．７“ｍ　Ｅｒ。　：Ｙ２Ｏ３　ｃｅｒａｍｉｃ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｒｅｃｔ　ｄｉｏｄｅ　ｐｕｍｐｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｌａｓｅｒ　

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Ｓａｎａｍｙａｎ　Ｔ，Ｓｉ

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ｓｈｏｖ　Ｍ　Ａ，Ｋｕｒｉｔｓｙｎ　Ｙ　Ａ，Ｌｉｇｅｒ　Ｖ　Ｖ，ｅｔ　ａ１．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｖａｐｏｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｈｏｔ　ｚｏｎｅ　ｂｙ　ｔｕｎａｂｌｅ　

［１Ｏ］　

Ｂｏｌ

ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｂ：Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２０１０，ｌＯ０（２）：３９７—４０７．　

ｅｓ　Ｊ　Ｂ，Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＣＯｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　２．７“ｍ：Ｌｉｎｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　

［１１］　

Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆｆｒｉ

ｅｆｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｒａｄｉａｔｉｖｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２Ｏ１０，１１１（７／８）：９４９　９６０．　

　Ｊ，Ｏｅｈｌｓｃｈｌａｅｇｅｒ　Ｍ　Ａ．Ａ　ｍｉｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｃａｎｎｅｄ—ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｌａｓｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓ—　

［１２］　

Ｖａｎｄｅｒｏｖｅｒ

ｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｒｏｍ　９００　ｔｏ　４　０００　Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｂ：Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２０１０，９９（１／２）：３５３—３６２．　

［ｉ３］　

［１４］　

Ｌｉｕ　Ｋ，Ｌｉｕａ　Ｔ　Ｇ，Ｐｅｎｇ　Ｇ　Ｄ，ｅｔ　ａ１．Ａｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｌｏｏｐ　ｆｏｒ　ｉｎｔｒａ　ｃａｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｉｎｇ—ｄｏｗｎ　ｃａｖｉｔｙ　ｌｏｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅ—　

ｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，１２（７）：８４３　８４９．　

Ｋａｓ８ｉａ　Ｓ，Ｃｈｅｎｅｖｉｅｒ　Ｍ，Ｇｉａｎｆｒａｎｉ　Ｉ　．ｅｔ　ａ１．Ｌｏｏｋｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｖｏｌｃａｎｏ　ｗｉｔｈ　ａ　ｍｉｄ—ＩＲ　ＤＦＢ　ｄｉｏｄｅ　１ａｓｅｒ　ａｎｄ　ｃａｖｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃ　

ｔｒｏｓｅｏｐｙ［Ｊ］．Ｏｐｔ　Ｅｘｐｒｅｓｓ，２００６，１４（２３）：１１４４２—１１４５２．　

ｆｒｉｅｓ　Ｊ　Ｂ，Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｈ　２Ｏ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｎｅａｒ　２．５　ｍ　ｕｓｉｎｇ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒ　ａｂ　

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Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆ

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［１６２　

Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆｆ

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Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ　Ｂ　Ｈ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｌ

　．Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌ　ｎａｒｒｏｗｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｌｉｎｅ　ｓｈａｐｅｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｏｐｔ，１９８４，２３（４）：　

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Ｖａｒｇｈｅｓｅ　Ｐ　Ｉ

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ｒ，２００９，１１０（９／１０）：５３３—５７２．　

Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｔｒａｃｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ａｔ　２．３３　ｐｍ　

Ｚｈａｏ　Ｈｕｉ　，Ｌｉｕ　Ｋｕｎ　，　Ｃａｉ　Ｔｉｎｇｄｏｎｇ　’。　

，

Ｔａｎ　Ｔｕ　，　Ｗａｎｇ　Ｌｅｉ　，　Ｇａｏ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ　

（１．Ａｎｈｕｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３　１，Ｃｈｉｎａ　

Ｘｕｚｈｏｕ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）　

２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｉｘｅｄ　ｇａｓ（ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ，ｍｅｔＪｎａｎｅ　ａｎｄ　ｎｉ—　

ｔｒｏｇｅｎ）ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｒｏｕｎｄ　２．３３　ｆｆｍ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ　ｍｉｒｒｏｒ　ｍｕｌｔｉ　

ｐａｓｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｅｌｌ（ｏｐｔｉｃａ１　ｐａｔｈ　ｌｅｎｇｔｈ　１００　ｍ）ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　

ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｔ　４　２８８．２８９　８　ｃｍ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ａｔ　４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　ｗｅｒｅ　ｃｈｏｓｅｎ　ｆｏｒ　ｔｒａｃｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　

４０　６９８　Ｐａ，ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｍｉｔｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｗｅｒｅ　ｇｏｔｔｅｎ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉ．ｅ．８．１５　Ｘ　１０　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　

（ｓｉｇｎａｌ—ｔｏ—ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　２１６）ａｎｄ　１８．４８×１０一。ｆｏｒ　ｍｅｔｈａｎｅ（ｓｉｇｎａｌ—ｔｏ　ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　１４７）．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；　ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ　ｍｉｒｒｏｒ　ｍｕｌｔｉ　ｐａｓｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｅｌｌ；　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ；　ｍｅｔｈａｎｅ；　

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｍｉｔ　

2024年5月5日发(作者：葛妙柏)

第２３卷第９期　

２０１１年９月　

强　激　光　与　粒　子　束　

ＨＩＧＨ　ＰＯＷＥＲ　ＬＡＳＥＲ　ＡＮＤ　ＰＡＲＴＩＣＬＥ　ＢＥＡＭＳ　

Ｖｏ１．２３。ＮＯ．９　

Ｓｅｐ．，２０１１　

文章编号：　１００１—４３２２（２０１１）０９—２３６９—０４　

中心波长２．３３　ｍ附近ＣＯ和ＣＨ４分子的同时探测　

赵　辉　，　刘　锟　，　蔡廷栋　。，　谈　图　，　汪　磊　，　高晓明　

（１．中国科学院安徽光学精密机械研究所，合肥２３００３ｌ；　２．徐州师范大学物理与电子工程学院，江苏徐州２２１１１６）　

摘要：采用分布反馈式半导体激光器作为探测光源，结合程长为１００　ｍ的离散型多通吸收池，采用直　

接吸收光谱技术，对室温下中心波长２．３３　ｍ附近各种低体积分数的ＣＯ及混合气体（ＣＯ，ＣＨ　和Ｎ。）的直接　

吸收光谱进行了测量。选择ｃ（）在４　２８８．２８９　８　ｃｍ　位置的吸收谱线和ＣＨ　在４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　处的吸收谱　

线进行痕量探测，在４０　６９８　Ｐａ的总压力下，实验测得ｃ０的探测极限为８．１５×１０　（信噪比约为２１６），ＣＨ　的　

探测极限为１８．４８×１０　（信噪比约为１４７）。　

关键词：　直接吸收光谱；　离散型多通吸收池；　ＣＯ；　ＣＨ　；　探测极限　

中图分类号：０４３３．１　文献标志码：　Ａ　ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１１２３０９．２３６９　

ＣＨ　是天然气和瓦斯等气体燃料的主要成分，瓦斯气体中ＣＨ　质量分数占８３　～８９　。当ＣＨ　气体体　

积分数达到５　～１５　时，遇明火就会爆炸，在９．５０　时爆炸威力极强ｌ】　］。瓦斯爆炸或有煤尘参与爆炸的同　

时，会生成大量有毒有害气体，其中就含有很多的ＣＯ气体。ＣＯ进入人体后可使人发生急性中毒，对人体有严　

重危害　］。瓦斯爆炸往往会引起井下支架和煤炭燃烧，造成矿井火灾。因此，ＣＨ　的实时监测在环境和工业　

领域一直受到人们的重视。近年来，分布反馈式（ＤＦＢ）半导体激光器得到了快速发展，由于具有线宽窄、体积　

小、可在室温下工作等优点，已广泛应用于光谱测量及痕量气体探测等研究中＿８　。Ｓ．Ｋａｓｓｉ等人利用ＤＦＢ半　

导体激光器，结合腔增强吸收光谱（ＣＥＡＳ）技术，对室温下２．３３　ｍ（４　３００　ｃｍ　）附近ＣＯ和ＣＨ　气体进行了　

同时探测　。Ｆｒａｏｏｑ等人用工作在２．５，２．７　ｍ附近的ＤＦＢ激光器，对水汽的体积分数和ＣＯ　气体的体积　

分数分别进行了燃烧诊断的研究¨１　。　。本文在建立的直接吸收光谱测量系统的基础上，利用中心波长位于　

２．３３　ｍ的ＤＦＢ半导体激光器作为光源，结合离散型多通吸收池，通过测量ＣＯ和ＣＨ　分别位于４　２８８．２８９　８，　

４　２８７．６５０　ｌ５　ｃｍ　处的两条谱线直接吸收信号，对其同时进行痕量探测，获得了在总压４０　６９８　Ｐａ时ＣＯ和　

ＣＨ４的探测极限。　

ｌ测量及分析原理　

频率为ｖ、强度为　。的单色激光通过光程为Ｌ的气体样品时，由朗伯一比尔定律得到其透过光强为　

（　）一　ｏｅｘｐ［一ａ（　）Ｌ］　

式中：ａ（ｖ）为吸收系数，可由光谱吸收强度确定。　

ａ（ｖ）一ｒ－－ｌｉｎ［－Ｉ。／　（ｖ）］　

弱吸收时，ａ（ｖ）Ｌ《１，有ｅｘｐＥ－－ａ（ｖ）Ｌ］￣ｌ－－ａ（ｖ）Ｌ，因此可对式（１）的指数作级数展开，并只取一次项，即　

ａ　ｃｖ　≈　一　

（３）　

（２）　

式中：３Ｉ＝　。一　（　）。吸收系数ａ（　）与气体分子数密度．Ｎ、线强Ｓ和吸收线型　（　）有关，其关系为　

ｄ（　）一Ｓ　（　）Ｎ　

（４）　

式中：Ｎ＝２．６８６　７５　Ｘ　１０　。×　×　，其中Ｔ为气体温度，　为气体压力。　

本文采用Ｖｏｉｇｔ线型对所测到的谱线进行拟合，其线型表达式为ｍ。　

一

Ａ　

７ｃ　Ｊ。。Ｖ＿『＿　Ｚ—　，　

ｄ　

（５）　

＊收稿日期：２０１０—１１—０１；　修订日期：２０１ｌ＿Ｏ４—１８　

基金项目：国家高技术发展计划项目（２００９ＡＡ０６Ｚ２０４）；安徽省自然科学基金项目（１１０４０６０６Ｍ１４７）　

作者简介：赵辉（１９８４），男，硕士，从事多组分气体的痕量探测研究；ｚｈｈｕｉ０８＠ｍａｉｌ．ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。　

强　激　光　与　粒　子　束　第２３卷　

式中：Ａ一　。其中，ｙＬ’ｙＤ分另ＩＪ为碰撞半宽和多普勒半宽０　

２探测实验及分析　

探测实验装置如图１所示。实验中，采用由　

日本ＮＥＬ公司生产的分布反馈式半导体激光　

器，激光输出波长在２．３　ｍ附近连续可调，电流　

调节范围为０～２００　ｍＡ，出光阈值电流约为５Ｏ　

ｍＡ，输出功率约为３　ｍＷ。激光器的工作温度和　

电流通过半导体激光控制器（ＩＬＸ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　

ＬＤＣ－３７２４Ｂ）控制，其电流的改变由函数发生器产　

生的三角波信号提供。为提高系统的灵敏度，实　

验过程中使用斩波器在一定频率下对光束进行调　

制，经调制后的光束由反射镜反射后进人离散镜　

片型多通吸收池，经１８２次反射后，有效吸收程长　

为ｉ００　ｍ，由多通池出射的光被透镜聚焦到ＩｎＳｂ　

Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅｔｕｐ　

光电探测器上（Ｐ５９６８－２００），探测器探测到的信号　

图１实验装置示意图　

经前置放大器放大后被送人锁相放大器　

（ＳＲ８３０），由锁相放大器解调出分子的吸收信号，最后输入计算机进行采集。　

为了选择合适的谱线在一次扫描范围内进行测量，　１，００　

根据ＨＩＴＲＡＮ２００８光谱数据库，对ＣＨ　和ＣＯ的吸收０．９９　

进行了模拟Ｉ１　。图２是根据ＨＩＴＲＡＮ２００８光谱数据库　ｊ　０．９８　

得到的在４　２８６～４　２９０　ｃｍ　问，总压力为６６　５００　Ｐａ（其　至０．９７　

中ＣＨ　和ＣＯ的压力分别为２６６，１３３　Ｐａ）、吸收程长为　蚕０．９６　

１００　ｍ、温度为２９６　Ｋ时，ＣＨ　和ＣＯ的吸收谱线模拟　～ｎ　９ｓ　

图。从图２可以看出，ＣＯ在此波段范围内只有一个强　。　

第９期　

一　ｕ】　。＿ｌ一，（　，（　／，一ＬＩ—　

赵辉等：中心波长２．３３　ｍ附近ＣＯ和ＣＨ　分子的同时探测　

５　４　３　２　ｌ　Ｏ　

７０　９０　１ｌ０　ｌ３Ｏ　１５Ｏ　

０　５３２　１　０６４　１　５９６　２　１２８　

ｓｅｔｐｏｉｎｔ／ａ．ｕ．　ＣＯｐｒｅｓｓｕｒｅ／Ｐａ　

Ｆｉｇ．３　ＣＯ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｗｉｔｈ　ｖａｒｉｏｕｓ　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｒｅａ　

ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ　ａｔ　４　２８８．２８９　８　ｃｍ一　ｏｆ（１ｏ／卜一１）／Ｌ　ａｎｄ　ＣＯ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　

图３在４　２８８．２８９　８　ｅｍ－１处不同压力下ＣＯ吸收谱线　图４　ＣＯ积分面积（ｊｏ／Ｉ－－１）／Ｌ和压力之间的关系　

为了确定该系统在激光器的一次扫描范围之内是否可以同时探测ＣＯ和ＣＨ　，对混合气体的直接吸收光　

谱进行了测量，所得结果如图５所示。实验过程中，混合气体的总压力为７　９５０　Ｐａ，其中ＣＯ的体积分数为　

０．４２％，ＣＨ　的体积分数为０．３０％。可以看到，在该激光器的一次扫描范围之内，所选的两条ＣＯ和ＣＨ　吸　

一．Ｉ工Ｉ。　，。一ｖ／（　／（。～　一【Ｉ一一　

收谱线可以很好地区分，可以实现ＣＯ和ＣＨ　的同时探测。

４　３　２　１　Ｏ　

图６给出了体积分数相同（ＣＯ为１０３．６０×１０一，ＣＨ　为２３４．９２　ｘ　１０　）、压力不同时混合气体的直接吸　

收光谱。可以看出，分子吸收谱线随着压力增加，具有明显的碰撞展宽效应，线宽逐渐增大，在压力为４１　２５６　

Ｐａ时，４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　附近的３条ＣＨ　的吸收谱线混合形成了一个大的包络。　

收线，下半部分是实验值与理论值的残余振幅。　耄。８ｊ．。；；，．。凸　芒　：＝：　竺　

器一０　５｛——　—－ｒ——　—　—　——　—一＇——ｒ—　——Ｔ－—’——ｒ＿—　

３　结　论　９０　㈩　ｉ　。　。　

在基于直接吸收光谱技术的实验系统中，以工作在　Ｆｉｇ．７　Ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆｍｉｘｅｄ　ｇａｓ　

中红外２．３　ｆｆｍ附近的分布反馈式半导体激光器为光　ｎｉｍｕｍ　ｄｅ把　ａｂ【ｅ　ｃ０ｎｃ　”　“　

源，结合离散多通池，在激光器一次扫描范围内实现了对　图　最小可探测浓度下混合气体的直接吸收光谱　

ＣＯ和ＣＨ　的同时探测。本系统有效结合了离散型多通吸收池等效光程长和直接吸收操作简便的优点，同时　

采用激光离轴入射方式减小了吸收池镜片的干涉效应，有效提高了系统的探测灵敏度，在１００　ｍ吸收光程的　

２３７２　强　激　光　与　粒　子　束　第２３卷　

条件下对ＣＯ和ＣＨ　探测极限分别达到了８．１５Ｘ１０　（信噪比约为２１６）和１８．４８×１０　（信噪比约为１４７）。　

参考文献：　

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Ｅ８］　

Ｆｕｋｕｄａ　Ｍ，Ｍｉ

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ｍｍｏｎｓ　Ｊ，Ｄｕｂｉｎｓｋｉｉ　Ｍ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｃｒｙｏ　ｃｏｏｌｅｄ　２．７“ｍ　Ｅｒ。　：Ｙ２Ｏ３　ｃｅｒａｍｉｃ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｒｅｃｔ　ｄｉｏｄｅ　ｐｕｍｐｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｌａｓｅｒ　

［９３　

Ｓａｎａｍｙａｎ　Ｔ，Ｓｉ

ｌｅｖｅｌ［Ｊ］．Ｌａｓｅｒ　Ｐｈｙｓ　Ｌｅｔｔ，２０１０，７（８）：５６９—５７２．　

ｓｈｏｖ　Ｍ　Ａ，Ｋｕｒｉｔｓｙｎ　Ｙ　Ａ，Ｌｉｇｅｒ　Ｖ　Ｖ，ｅｔ　ａ１．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｖａｐｏｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｈｏｔ　ｚｏｎｅ　ｂｙ　ｔｕｎａｂｌｅ　

［１Ｏ］　

Ｂｏｌ

ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｂ：Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２０１０，ｌＯ０（２）：３９７—４０７．　

ｅｓ　Ｊ　Ｂ，Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ＣＯｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　２．７“ｍ：Ｌｉｎｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　

［１１］　

Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆｆｒｉ

ｅｆｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｒａｄｉａｔｉｖｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２Ｏ１０，１１１（７／８）：９４９　９６０．　

　Ｊ，Ｏｅｈｌｓｃｈｌａｅｇｅｒ　Ｍ　Ａ．Ａ　ｍｉｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｃａｎｎｅｄ—ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｌａｓｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓ—　

［１２］　

Ｖａｎｄｅｒｏｖｅｒ

ｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｒｏｍ　９００　ｔｏ　４　０００　Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｂ：Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２０１０，９９（１／２）：３５３—３６２．　

［ｉ３］　

［１４］　

Ｌｉｕ　Ｋ，Ｌｉｕａ　Ｔ　Ｇ，Ｐｅｎｇ　Ｇ　Ｄ，ｅｔ　ａ１．Ａｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｌｏｏｐ　ｆｏｒ　ｉｎｔｒａ　ｃａｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｉｎｇ—ｄｏｗｎ　ｃａｖｉｔｙ　ｌｏｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅ—　

ｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，１２（７）：８４３　８４９．　

Ｋａｓ８ｉａ　Ｓ，Ｃｈｅｎｅｖｉｅｒ　Ｍ，Ｇｉａｎｆｒａｎｉ　Ｉ　．ｅｔ　ａ１．Ｌｏｏｋｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｖｏｌｃａｎｏ　ｗｉｔｈ　ａ　ｍｉｄ—ＩＲ　ＤＦＢ　ｄｉｏｄｅ　１ａｓｅｒ　ａｎｄ　ｃａｖｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃ　

ｔｒｏｓｅｏｐｙ［Ｊ］．Ｏｐｔ　Ｅｘｐｒｅｓｓ，２００６，１４（２３）：１１４４２—１１４５２．　

ｆｒｉｅｓ　Ｊ　Ｂ，Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｈ　２Ｏ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｎｅａｒ　２．５　ｍ　ｕｓｉｎｇ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒ　ａｂ　

［１５］　

Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆ

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ｒｉｅｓ　Ｊ　Ｂ，Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．ＣＯ２　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｇａｓｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ—ｌａｓｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　２．　

［１６２　

Ｆａｒｏｏｑ　Ａ，Ｊｅｆｆ

７　ｕｍＥＪ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｂ：Ｌａｓｅｒｓ　ａｎｄ　Ｏｐｔｉｃｓ，２００８，９０（３／４）：６１９—６２８．　

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［１７３　

Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ　Ｂ　Ｈ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｌ

　．Ｈａｎｓｏｎ　Ｒ　Ｋ．Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｌ　ｎａｒｒｏｗｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｌｉｎｅ　ｓｈａｐｅｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｏｐｔ，１９８４，２３（４）：　

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Ｖａｒｇｈｅｓｅ　Ｐ　Ｉ

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［１９３　ＲｏｔｈｍａｎＬ　Ｓ，Ｊａｃｑｕｅｍａｒｔ　Ｄ，Ｂａｒｈｅ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ＨＩＴＲＡＮ　２００８　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｄａｔａｂａｓｅ［］］．Ｊ　Ｑｕａｎｔ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ　Ｒａｄｉａｔ　Ｔｒａｎｓ　

ｒ，２００９，１１０（９／１０）：５３３—５７２．　

Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｔｒａｃｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ａｔ　２．３３　ｐｍ　

Ｚｈａｏ　Ｈｕｉ　，Ｌｉｕ　Ｋｕｎ　，　Ｃａｉ　Ｔｉｎｇｄｏｎｇ　’。　

，

Ｔａｎ　Ｔｕ　，　Ｗａｎｇ　Ｌｅｉ　，　Ｇａｏ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ　

（１．Ａｎｈｕｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３　１，Ｃｈｉｎａ　

Ｘｕｚｈｏｕ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）　

２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｉｘｅｄ　ｇａｓ（ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ，ｍｅｔＪｎａｎｅ　ａｎｄ　ｎｉ—　

ｔｒｏｇｅｎ）ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｒｏｕｎｄ　２．３３　ｆｆｍ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ　ｍｉｒｒｏｒ　ｍｕｌｔｉ　

ｐａｓｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｅｌｌ（ｏｐｔｉｃａ１　ｐａｔｈ　ｌｅｎｇｔｈ　１００　ｍ）ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｏｆ　

ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｔ　４　２８８．２８９　８　ｃｍ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ａｔ　４　２８７．６５０　１５　ｃｍ　ｗｅｒｅ　ｃｈｏｓｅｎ　ｆｏｒ　ｔｒａｃｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　

４０　６９８　Ｐａ，ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｍｉｔｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｗｅｒｅ　ｇｏｔｔｅｎ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉ．ｅ．８．１５　Ｘ　１０　ｆｏｒ　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ　

（ｓｉｇｎａｌ—ｔｏ—ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　２１６）ａｎｄ　１８．４８×１０一。ｆｏｒ　ｍｅｔｈａｎｅ（ｓｉｇｎａｌ—ｔｏ　ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　１４７）．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；　ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ　ｍｉｒｒｏｒ　ｍｕｌｔｉ　ｐａｓｓ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃｅｌｌ；　ｃａｒｂｏｎ　ｍｏｎｏｘｉｄｅ；　ｍｅｔｈａｎｅ；　

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｌｉｍｉｔ