可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)技术采用可调谐二极管激光器，通过改变激光器输入电流或温度来调谐激光器输出波长使其扫描气体分子单根或多根完整的吸收线，获得高分辨率的气体吸收光谱，对光谱进行分析获得气体参数信息。

图 1 对工业气体排放总量进行测量的装置结构图

图1所装置实现了工业气体排放管路中的氧气浓度及氧气流速的精确测量。

系统主要包含两部分：气体浓度监测系统和速度测量系统。光源为分布反馈(Distributed feedback ，DFB)二极管激光器，将其波长调谐到目标气体的760nm旋转振动线。以10Hz的低频锯齿信号进行扫描，同时用10kHz的高频正弦信号进行调制。用1×2光纤分束器将调制激光束分成两部分，一路光束（10％）通过5cm校准单元作为参考信号，用于锁定波长并补偿光强波动，而另一路光束（90％）用于测量管道气体浓度。在通过气体之后，两路激光束被两个重合的光电探测器准直和收集。然后将这两个电流信号传输到数字锁相放大器中，获得一次和二次谐波信号。为避免波长漂移，该采样宽度通常为吸收线宽的3-5倍。锁定时间常数设置为0.3ms，以降低幅度衰减并获得最佳信噪比。管道中的气体流速由基于双最小误差平行路径OSCC的低频部分的传感器记录。两个LED光源以10kHz调制，发射波长为630nm，输出功率>1W的理想高斯球面波。接收器是硅光电二极管（Hamatsu-S5106）。通过带通和低通滤波器对接收信号进行放大，滤波，以获得两个信号相关时间。数字电压表用于观察信号幅度。引入压力和温度传感器用于改变气体浓度监测的温度和压力影响。最后，上述三个信号（两个OSCC信号和一个TDLAS信号）由数据采集卡采集并由计算机处理。这两个系统组合成一个完整的传感器，用于现场监测工业气体总排放。

图 2 TDLAS技术病人呼吸气测量原理图

此外呼吸气诊断是一种无创、精确且安全的疾病诊断或评估技术。通过人体生理或病理状态时的呼出气中特定成分的存在与否或含量多少来实现对特定疾病的诊断。图2为使用TDLAS技术的解调法拉第旋转光谱（demodulation Faraday rotation spectrometer，DM-FRS）系统的原理图。绿色框表示用于信号生成和处理的所有功能块，由单个数字锁相放大器（Zurich Instruments HF2LI）完成。

图 3

在N₂中混合2ppmvNO，图3a示出了扫描14NO(P(19/2))和¹⁵NO(Q(3/2))所获得的典型DM-FRS光谱。基于天然同位素丰度，该混合物含有7.3ppbv的次要同位素¹⁵NO。根据14NO(P(19/2))和¹⁵NO(Q(3/2))的峰值FRS信号值能够确定气体浓度分别为25.6ppbv/mV和3.65ppbv/mV。图3b示出了在相同扫描期间在参考光路中获取的三次谐波（3f₁=150kHz）WMS信号。激光波长锁定在¹⁵NO(Q(3/2))。

图 4通过多路二极管激光吸收测量绝对薄膜厚度的实验装置

液膜的形成与蒸发现象广泛地存在于各种工业应用中，例如在直接喷射火花点火发动机中活塞头上油膜的形成，在端口喷射式汽油发动机中入口处内壁油膜的形成，灭火应用中水膜的形成，降膜冷却，以及在柴油发动机尾气后处理系统中尿素水溶液液膜的形成。对液膜厚度进行定量分析，不仅可以设计和优化这些工业过程，也能为仿真模拟提供确切可信的数据。图4给出了TDLAS液膜测量系统的实验装置。两个分布反馈(DFB)半导体激光器(1392nm和1353nm)输出激光通过一个光纤耦合器进行耦合，耦合后的激光以与玻璃平面垂直线呈２°角穿过液膜表面，被一个水平呈45°角的平面镜反射后，通过铟砷化镓(InGaAs)探测器 (Thorlabs,PDA10CS-EC)进行接收，发射光纤头在液膜上方10cm处。采用固定波长吸收光谱法与波长时分法，即激光器的波长被固定在所选用的特定波长上，两个激光器每隔25ms分别开/关一次。实验的控制、数 据的采集（采样频率20Hz）和处理过程均用LabVIEW进行控制。得到如图5所示随时间变化的液膜厚度

图 5 TDLAS系统获得的液膜蒸发过程中膜厚变化

来自<Development of a tunable diode laser absorption sensor for online monitoring of industrial gas total emissions based on optical scintillation cross-correlation technique>

<Shot-noise Limited Faraday Rotation Spectroscopy for Detection of Nitric Oxide Isotopes in Breath, Urine, and Blood>

<Simultaneous measurement of liquid water film thickness and vapor temperature using near-infrared tunable diode laser spectroscopy>