光束准直器6和光束聚焦器7组成。其中高频信号发生器3、正弦电流源4和可见光或近红外激光光源5依次电连接，光束准直器6和光束聚焦器7依次设置在可见光或近红外激光光源5的出射光路上，光束聚焦器7的汇聚点落在分布反馈式量子级联激光器2出射端面，高频信号发生器3产生的高频触发信号的频率为其中大于ω rD
[0038]同步模块:其功能是实现脉冲电流源1的矩形电流脉冲和正弦电流源4的正弦电流的同步。其由分频器8连接高频信号发生器3的输出端，分频器8的触发信号端连接脉冲电流源1而实现。
[0039]气体多返腔:是被检测气体的密封性容器，包括密封腔体9、进气口 10、排气口 11、真空计12、排气栗13、入射窗口 14、出射窗口 15、第一反射镜16和第二反射镜17，入射窗口 14和出射窗口 15左右相对位于密封腔体9的两端，第一反射镜16和第二反射镜17两者相对并上下错开设置在密封腔体9内，并分别靠近入射窗口 14和出射窗口 15，进气口 10和排气口 11设置在密封腔体9上，真空计12安装在密封腔体9内，排气栗13连接在排气口 11 上。
[0040]调频光谱采集模块:功能是实现对气体的调频光谱的采集。其由红外聚焦器件18、频率带宽为cod、且cod大于ω ?的高速红外探测器19、频率带宽为ω:、且大于ω η高速锁相放大器20、高速信号采集卡21和计算机22组成。所述红外聚焦器件18正对出射窗口 15，其聚焦点落在高速红外探测器19的探测面，高速红外探测器19、高速锁相放大器20、高速信号采集卡21和计算机22依次电信号连接。
[0041]本系统的气体检测实现方法如下:
[0042]基于量子级联激光器的高速红外调频激光光谱气体检测系统利用高频信号发生器3产生的信号，一路用于控制正弦电流源4对可见光或近红外激光器5提供驱动正弦电流，产生光强呈正弦变化的可见光或近红外调制光束；高频信号发生器3产生的信号，另一路提供给分频器8，分频器8将信号整形、分频后，用于触发量子级联激光器脉冲电流源1，为分布反馈式量子级联激光器2提供脉冲驱动电流，产生中红外光脉冲，恒温装置23为量子级联激光器其提供恒温工作环境。可见光或近红外调制光束先由光束准直器6准直，再由聚焦器7汇聚在分布反馈式量子级联激光器2出射端面的有源区上，使得分布反馈式量子级联激光器2产生高速频率调制。经过频率调制的中红外光经入射窗口 14进入多返腔密封腔体9，密封腔体9的真空度由排气口 11和排气栗13控制，待测气体样本通过进气口10充入气体多返腔，并由真空计12测量其实际充入量。通过调节第一第二反射镜16、17实现中红外多次反射，增大气体有效吸收光程；中红外激光由出射窗口 15射出并由红外聚焦器件18聚焦到高速红外探测器19，红外探测器19输出信号送入高速锁相放大器20，并通过采集卡21由计算机22获取待检测气体的调频光谱。
[0043]如图2所示，图中虚线表示量子级联激光器工作在脉冲宽度为Tp的光信号，量子级联激光器在一个脉冲时间内的光谱扫描范围是通过F-P红外标准具来测量，图中所示的正弦形波动曲线，是未经频率调制的量子级联激光器脉冲光束，在未经过气体吸收，直接通过F-P红外标准具，由高速红外探测器获得的信号。曲线中两相邻的波峰或者波谷之间的波长变化量等于F-P红外标准具的自由光谱范围，由此可以通过三阶多项式拟合得到量子级联激光器脉冲波数扫描范围和脉冲内每个时刻对应的相对波数值。最后通过已知气体的在量子级联激光器扫描范围内的吸收峰位置，对脉冲内每个时刻对应的绝对波长或波数进行标定。
[0044]如图3所示，量子级联激光器固定在金属热沉上。可见光或近红外激光调制光束被汇聚于量子级联激光器的出射端面上，引起量子级联激光器谐振腔内半导体材料价带电子跃迀至导带，改变导带(电子)与价带(空穴)的载流子浓度，实现量子级联激光器中红外输出波长随可见光或近红外调制光束强度的变化而改变，从而实现量子级联激光器的频率调制Ο
[0045]如图4所示，是经过同步后的量子级联激光器中红外输出脉冲序列和强度呈正弦变化可见光或近红外光束。
[0046]如图5所示的气体多返腔，量子级联激光器经过全光调制后输出的中红外激光由入射窗口 14的中心垂直入射，且正好垂直照射在密封腔体9另一端的反射镜17边缘，通过调节密封腔体两端的反射镜16、17使得红外光束尽可能的在气体多返腔来回反射，从而达到尽可能的增大有效气体吸收光程的目的，最终携带调频光谱信息的量子级联激光器中红外光束由气体多返腔的出射窗口 15中心射出。
[0047]由图6所示，是通过基于量子级联激光器的高速红外调频激光光谱气体检测系统获得的不同浓度C0气体的红外调频激光光谱。
[0048]如图7所示，是C0气体浓度分别与直接吸收谱强度和高速红外调频激光光谱强度的关系，由此反应出相对于直接吸收谱，高速红外调频激光光谱可将检测灵敏度提升一个数量级以上。
[0049]如图8所示，调频光谱的峰峰值与可见光或近红外调制光束平均功率成正比，可以通过提高调制光束的平均功率提高检测灵敏度和改善气体浓度检出限。
[0050]本发明提供的分布反馈式量子级联激光器全光调制气体吸收光谱检测系统，可以应用于尚速、尚精度的气体检测。
【主权项】
1.一种基于量子级联激光器的高速红外调频激光光谱气体检测系统，其包括量子级联激光器光谱扫描模块、高速频率调制模块、同步模块、气体多返腔和调频光谱采集模块；其特征在于: 所述量子级联激光器光谱扫描模块实现光谱扫描功能，由脉冲电流源(1)和分布反馈式量子级联激光器(2)组成，通过脉冲电流源(1)向分布反馈式量子级联激光器(2)提供脉宽为Tp、重复频率为矩形电流脉冲序列，在每个电流脉冲内，利用电流在分布反馈式量子级联激光器腔体内产生的持续温度变化，实现对分布反馈式量子级联激光器的输出红外波长扫描，波长扫描范围与脉宽Tp近似成正比； 所述尚速频率调制t旲块实现分布反馈式量子级联激光器(2)尚速频率调制功能；由尚频信号发生器(3)、正弦电流源(4)、可见光或近红外激光光源(5)、光束准直器(6)和光束聚焦器(7)组成；所述高频信号发生器(3)、正弦电流源(4)和可见光或近红外激光光源(5)依次电连接，所述光束准直器(6)和光束聚焦器(7)依次设置在可见光或近红外激光光源(5)的出射光路上，光束聚焦器(7)的汇聚点落在分布反馈式量子级联激光器(2)出射端面；通过高频信号发生器(3)产生重复频率为高频触发信号，其中ω ?大于ω y控制正弦电流源(4)产生频率为的正弦电流，驱动可见光或近红外激光光源(5)，产生强度按频率为正弦函数变化的可见光或近红外调制光束，该光束经光束准直器(6)准之后，通过光束聚焦器(7)被汇聚在分布反馈式量子级联激光器(2)出射端面，引起分布反馈式量子级联激光器(2)输出红外光波长以频率正弦振荡，从而实现分布反馈式量子级联激光器(2)的高速频率调制，输出光波长振荡的幅值与可见光或近红外光束光强成正比； 所述同步模块实现脉冲电流源⑴的矩形电流脉冲和正弦电流源⑷的正弦电流同步功能，其是