一、半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)基本原理
半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)（diode laser absorption spectroscopy,DLAS）最早于20世紀(jì)70年代提出。初期的DLAS技術(shù)只是一種實(shí)驗(yàn)室研究用技術(shù)，隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)在20世紀(jì)80年代的迅速發(fā)展，DLAS技術(shù)開始被推廣應(yīng)用于大氣研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷和航空航天等領(lǐng)域。特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)，基于DLAS技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)在線分析儀表已逐漸發(fā)展成為熟，與非色散紅外、電化學(xué)、色譜等傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程分析儀表相比，具有可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)量、無(wú)需采樣和預(yù)處理系統(tǒng)、測(cè)量準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、維護(hù)工作量小等顯著優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)過(guò)程分析和污染源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
1.朗伯-比爾定律
DLAS技術(shù)本質(zhì)上是一種光譜吸收技術(shù)，通過(guò)分析激光被氣體的選擇性吸收來(lái)獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于，半導(dǎo)體激光光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬。因此，DLAS技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)，半導(dǎo)體激光穿過(guò)被測(cè)氣體的光強(qiáng)衰減可用朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律表述
式中，IV,0和IV分別表示頻率V的激光入射時(shí)和經(jīng)過(guò)壓力P，濃度X和光程L的氣體后的光強(qiáng)；S（T）表示氣體吸收譜線的強(qiáng)度；線性函數(shù)g(v-v0)表征該吸收譜線的形狀。通常情況下氣體的吸收較小，可用式（4-2）來(lái)近似表達(dá)氣體的吸收。這些關(guān)系式表明氣體濃度越高，對(duì)光的衰減也越大。因此，可通過(guò)測(cè)量氣體對(duì)激光的衰減來(lái)測(cè)量氣體的濃度。
2.光譜線的線強(qiáng)
氣體分子的吸收總是和分子內(nèi)部從低能態(tài)到高能態(tài)的能級(jí)躍遷相聯(lián)系的。線強(qiáng)S（T）反映了躍遷過(guò)程中受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射之間強(qiáng)度的凈效果，是吸收光譜譜線最基本的屬性，由能級(jí)間躍遷概率經(jīng)及處于上下能級(jí)的分子數(shù)目決定。分子在不同能級(jí)之間的分布受溫度的影響，因此光譜
