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量子级联(QC)激光器是唯一能在室温产生中红外辐射的半导体激光器，它的宽调谐范围、高输出功率和单模工作的特性，使得它非常适用于高分辨率光谱分析。结合中红外光谱区气体分子的基频强吸收特性，基于室温脉冲工作的量子级联激光器的吸收光谱检测技术以其灵敏度高、选择性强及响应快速等特点，成为痕量气体探测的有效方法。
论文研究了基于室温脉冲工作的量子级联激光器的痕量气体的检测方法。首先介绍了基于QC激光器的痕量气体检测原理和检测技术，对量子级联激光器的输出光束特性进行了分析，提出了基于QC激光器的痕量气体检测实验系统，解决了不可见的中红外激光与可见光之间的同轴长光程传输问题、红外光路调节和光束发散的问题。对QC激光器的发光特性进行了实验研究，得出了控制量子级联激光器的方式。对QC激光器的波长调谐特性和输出特性进行了实验研究，在分析数据的基础上，提出了适合各自工作条件的QC激光器的光谱检测方法。研究了激光脉冲扫描光谱技术，通过实验数据分析，确定了消除QC激光器啁啾效应的激光器脉冲持续时间、重复频率、占空比和直流电压等工作参数，并对单次激光脉冲信号进行筛选处理，消除了激光脉冲能量波动对测量结果精度的影响。系统地研究了基于QC激光器啁啾特性的脉内扫描光谱技术，分析了脉内波长调谐范围、调谐率、光谱分辨率等问题；采用扣除背景信号的方法降低了噪声的影响，提高了检测精度；分析了脉冲光谱间的波长漂移特性，提出了脉冲光谱对准算法和浓度定量反演算法，实现了大气中N20浓度定量测量。