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波长调制光谱传感器-可调谐激光吸收检测技术.docx
资料介绍
光学传感器中的波长调制光谱技术
一、引言
波长调制光谱技术利用可调谐激光器快速扫描气体分子的特征吸收线，通过检测吸收信号实现高灵敏度的气体浓度测量。WMS技术具有高灵敏度、高选择性和快速响应的优势，在痕量气体检测、工业过程控制和环境监测中应用广泛。2026年，可调谐半导体激光吸收光谱技术是WMS中最成熟的技术路线，检测限可达ppb级别。
二、WMS原理
可调谐激光吸收光谱利用可调谐激光器扫描气体分子的单根吸收线，通过比尔-朗伯定律计算气体浓度。TDLAS的检测限通常为ppm级别，通过波长调制技术可提升至ppb级别。
波长调制在激光器驱动电流上叠加高频正弦调制信号，使激光波长在吸收线附近快速调制。通过锁相放大器检测调制频率的谐波信号，可有效抑制背景噪声，提高信噪比。二次谐波检测是WMS中最常用的检测模式，2f信号与气体浓度成正比，且不受光强波动的影响。
三、WMS传感器技术
可调谐半导体激光器是WMS的核心，分布反馈激光器和垂直腔面发射激光器在近红外波段具有窄线宽和可调谐特性。中红外量子级联激光器在中红外波段具有高功率输出，对应的气体分子吸收线更强，检测灵敏度更高。
多通道WMS利用多个激光器同时扫描多种气体的吸收线，实现多种气体的同时检测。光纤耦合WMS利用光纤将激光传输到远距离的检测区域，在分布式气体监测中具有优势。
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