[发明专利]基于宽调谐外腔式量子级联激光器的危化品遥感探测方法和装置

摘要

本发明公开基于宽调谐外腔式量子级联激光器的危化品遥感探测方法和装置，该装置包括：波长可调谐的量子级联激光器、离轴抛物面镜、卡塞格林望远镜接收系统、微悬臂梁‑迈克尔逊干涉系统、基于计算机的信号处理单元；宽调谐外腔式量子级联激光器发射可调谐脉冲光经离轴抛物面镜反射到目标气体，反射或散射回的激光经望远镜接收系统收集后聚焦到微悬臂梁表面，其振动信息由迈克尔逊干涉计解调获得，光电探测器将干涉光信号转换成电信号，经信号采集和分析系统反演出危化品种类和浓度信息。本发明可实现微弱光信号的高灵敏度检测，测量精度高，可同时检测多种危化品，装置结构紧凑，操作简单、便携性和实用性强。

主权项

1.基于宽调谐外腔式量子级联激光器的危化品遥感探测方法，包括以下步骤：(1)以波长可调谐的脉冲式外腔量子级联激光作为激发光源，根据目标气体种类选择匹配的激光发射波段，通过离轴抛物面镜聚焦准直后反射到目标气体表面；(2)目标气体的反射或散射光通过激光收发同轴的卡塞格林望远镜接收后聚焦到微悬臂梁表面；(3)微悬臂梁—迈克尔逊干涉系统工作：微悬臂梁的谐振信息通过迈克尔逊相位干涉计解调获得电信号；(4)电信号输入基于计算机的信号采集和分析系统，通过与危化品吸收光谱数据库比对，鉴别出危化品物质种类和浓度信息；其中：步骤(1)所述脉冲式外腔量子级联激光中心辐射波长为5～13μm，波长调谐范围±150cm‑1，脉冲重复率最大达3MHz量级；步骤(1)所述激光与所述离轴抛物面镜之间的入射角和反射角呈45°；步骤(1)所述离轴抛物面镜聚焦准直后的反射光与步骤(2)所述卡塞格林望远镜接收光路同轴，并沿其轴心方向传播；步骤(2)所述卡塞格林望远镜镀有中红外增透膜；步骤(2)和步骤(3)所述微悬臂梁设置于所述卡塞格林望远镜焦点处；所述方法采用基于小波变换的背景扣除技术和小波去噪技术实现背景信号扣除和噪声分离，采用主成分分析法鉴别同时存在的若干种气体的特征吸收“指纹谱”；实现所述方法的装置按照光传输路径依次包括：(1)波长可调谐的脉冲式外腔量子级联激光器；(2)离轴抛物面镜；(3)卡塞格林望远镜激光接收系统；(4)微悬臂梁—迈克尔逊干涉系统；(5)基于计算机的信号处理和分析单元；所述微悬臂梁—迈克尔逊干涉系统包括可见光半导体激光器、分束器、平面反射镜、微悬臂梁和光电探测器；或者，所述微悬臂梁—迈克尔逊干涉系统包括可见光半导体激光器、光纤耦合器、光纤反射面、光纤准直器、微悬臂梁和光电探测器。