CN112969916B - 使用调制照明波长方法的光声气体传感器 - Google Patents
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Abstract
使用调制激光辐射的波长的方法的光声气体传感器(1,2)，所述调制通过明智地使用被称为产生电流(31)的电流获得，所述产生电流泵浦一个或更多个激光源，所述产生电流被配置成使一个或更多个激光器(10)以脉冲模式操作，并且所述调制通过明智地使用被称为基极电流(34)的电流获得，所述基极电流在每个激光脉冲之间采取非零值，基极电流的幅度低于产生电流的幅度，基极电流的幅度被调制，使得一个或更多个激光源向单元中发射光辐射，所述光辐射具有围绕中心波长周期性地变化的波长，以便以规则的间隔采取特别适用于激发待检测气体的值，由此，光辐射与包含在单元中的待检测气体之间的相互作用诱导产生处于单元的谐振频率的声波。
Description
技术领域
本发明涉及光声气体传感器。
背景技术
光声光谱学(PA)是一种定性和定量分析技术，其可用于确定各种固体、液体和气体的成分。该技术基于激光辐射与材料的相互作用，所述相互作用允许产生声波，然后对声波进行分析，以表征所研究的材料。由于气体原子的线吸收光谱的自然选择性，这种技术特别适用于使用单色光源的气体检测。近十年来，紧凑型红外激光源(例如，激光二极管)的迅速发展，使PA气体检测成为一种耐用的、紧凑的、简单的解决方案。通过PA分析气体需要脉冲激光源或连续波，其强度和/或波长被调制，形成包含待分析气体的声学谐振器的单元和检测传声器。气体检测中的PA效应可以分为4个步骤：(1)激光辐射被气体吸收，从而激发旋转能级、电子能级和振动能级；(2)在振转激发的情况下，气体将经由分子碰撞优先松弛，从而导致旋转/振动能量和动能的转移，从而产生气体的局部加热。在振转激发的情况下，辐射发射并不占主导地位，因为在PA中常规使用的压力(～1巴)下，与非辐射能级的寿命相比，振转辐射能级的寿命较长。实际上，由气体吸收的能量通过将动能转化到气体原子而以热的形式完全转移；(3)产生声波和由于气体加热而膨胀导致的热波；(4)通过传声器检测声波信号。传声器的振动幅度代表气体的浓度，并且由气体吸收的激光辐射的波长表示气体的成分。
在绝大多数情况下，在气体分析中，由激光与所研究气体之间的相互作用产生的PA信号在使用在特定频率下具有谐振的声学单元检测之前被放大。显然，这要求生成的PA信号具有与单元的谐振频率相同的频率。为了实现这一点，已知在单元的谐振频率下调制激光辐射的幅度，这导致在相同频率下调制PA信号。激光辐射的幅度的调制有多种形式，其分为连续波光声和脉冲光声两类。
脉冲光声使用脉冲光源或带有外部机械或电光调制器的连续波源；例如，见EllenL.Holthoff、Logan S.Marcus和Paul M.Pellegrino的文章“Photoacoustic Spectroscopyfor Trace Vapor Detection and Standoff Detection of Explosives(用于爆炸物痕量蒸汽检测和防区外检测的光声光谱学)”化学、生物、放射性、核和爆炸物(CBRNE)传感XVII(第9824卷，第98240R页)。国际光学与光子学学会。为了在单元的谐振频率下生成PA信号，已知使用以准连续波(QCW)状态操作的源。在这种情况下，激光的幅度在一个频率下被调制，即所谓的重复频率，其远高于单元的谐振的频率，使得从与声谐振相对应的调制频率来看，激光辐射呈连续波。
然而，无论是以连续波还是脉冲状态进行幅度调制，都具有生成声信号的缺点，这种信号是由激光辐射与单元壁之间的相互作用产生的。具体地，这种相互作用很容易出现在气体传感器的光学元件由于冲击或振动引起的失调上。现在，由所述相互作用产生的PA信号的幅度与激光辐射的幅度成正比。这意味着通过对激光幅度的调制来调制该信号的幅度，因此其在相同的频率(调制频率)下生成。该光声信号是一种声音，它会添加到来自气体的PA信号中，这可能会干扰后者的真实幅度的确定，从而干扰所研究气体的浓度的精确确定。
在光声学中，还已知调制激光辐射的波长，如由J.Saarela等人的“Wavelengthmodulation waveforms in laser photoacoustic spectroscopy(激光光声光谱学中的波长调制波形)”Appl.Opt.48,743-747(2009)所示。在这种情况下，激光波长在所研究气体的吸收峰附近被调制。理论上，激光波长的调制允许防止来自激光辐射与单元壁之间的相互作用的噪声干扰所研究气体的浓度的确定。具体地，由此产生的PA信号不依赖于或很少依赖于波长，因为壁是宽带吸收体。这意味着气体和壁返回的总PA信号的幅度仅由所研究气体种类的浓度确定。然而，调制波长通常涉及改变激光强度，这导致由单元壁与激光辐射之间的相互作用产生的寄生PA信号的出现。半导体激光器就是这种情况，通过改变激光器有源区的温度，有可能改变激光辐射的波长。这是通过改变电源电流来实现的，其还将导致激光强度的变化。例如，文件US 2018/0196012A1公开了使用波长调制方法的脉冲光声光谱系统，所述方法允许经由差分测量克服背景噪声。
本发明的目的之一是减轻上述困难：使用生成寄生声信号的激光辐射调制方法的气体传感器。
为了解决这个问题，本发明提供一种光声气体传感器，其使用调制激光辐射的波长的方法，所述调制是经由明智地使用电流泵浦一个或更多个激光源来获得的。
发明内容
为此，本发明提供一种光声气体传感器，其包括：
-单元，其形成声谐振器，其包括气体入口管道、气体出口管道和被称为激光入口的至少一个孔；
-至少一个电泵浦激光源；
-至少一个电声换能器；以及
-电源电路，其产生脉冲电流(被称为产生电流)，该产生电流泵浦一个或更多个激光源，并被配置成导致一个或更多个激光源以脉冲模式操作，激光脉冲的重复频率比所述单元的谐振频率高至少10倍，优选地100倍，更优选地1000倍；
其特征在于，电源电路被配置成进一步产生被称为基极电流的电流，所述基极电流在激光脉冲之间(优选地在大多数脉冲之间，或者甚至在每个脉冲之间)采取非零值，其幅度低于激光脉冲期间所述产生电流的幅度，调制基极电流的幅度，使得一个或更多个激光源向单元中发射光辐射，所述光辐射具有围绕中心波长周期性地变化的波长，以便以规则的间隔采取特别适用于激发待检测气体的值，由此，光辐射与包含在单元中的待检测气体之间的相互作用诱导产生处于单元的谐振频率的声波，电声换能器被布置成与该单元中产生的声波接触。
以下是根据本发明的气体传感器的优选但非限制性的方面：
-基极电流的调制是正弦的。
-由电源电路产生的基极电流的幅度低于激光发射阈值。
-基极电流的调制为PWM类型(PWM表示脉冲宽度调制)或PDM类型(PDM表示脉冲密度调制)。
-调制产生电流的幅度，以补偿一个或更多个激光器的效率的降低，从而获得恒定的激光强度，该降低是由基极电流加热一个或更多个激光器的有源区引起的。
-以等于单元的谐振频率一半的频率周期性地调制基极电流。
-传感器包括具有不同中心波长的多个激光源，不同中心波长适用于不同气体的激发。
-一个或更多个激光源包括：量子级联激光器，其发射波长在4微米与10微米之间。
-激光脉冲的持续时间短于100ns。
本发明的另一个主题是通过根据前述实施例中的一个的光声气体传感器检测气体的方法，包括：
-一个步骤，在该步骤中，电源电路产生基极电流和产生电流，该基极电流在每个脉冲之间，所述基极电流的幅度不为零并且低于激光脉冲期间所述产生电流的幅度，所述产生电流泵浦一个或更多个激光器，所述产生电流被配置成导致一个或更多个激光器以脉冲模式操作，所述基极电流的幅度被调制，使得所述激光源或每个所述激光源向形成声谐振器的单元中发射光辐射，所述光辐射具有围绕中心波长周期性地变化的波长，以便以规则的间隔采取特别适用于激发待检测气体的值，所述产生电流被调制，以补偿一个或更多个激光器的效率的降低，从而获得恒定的激光强度，该降低是由基极电流加热一个或更多个激光器的有源区引起的；以及
-使用所述传感器的电声换能器检测气体与激光辐射之间的相互作用期间产生的周期性光声信号的步骤。
根据这种方法的特定实施例：
-激光波长的周期性变化的频率等于单元的谐振频率的一半。
-气体传感器包括具有不同中心波长的多个激光源，不同中心波长适用于不同气体的激发。
-一个或更多个激光源包括：量子级联激光器，其在4微米与10微米之间发射。
附图说明
通过阅读说明书，说明书主题的优点和特征将变得明显，如以下附图所示：
图1示出了根据本发明第一实施例的气体传感器的示图。
图2示出了根据本发明第二实施例的气体传感器的示图，所述气体传感器包括多个不同波长的激光源。
图3示出了电流的波形的第一示例，在图1中的实施例的传感器中使用的激光源通过所述电流被馈送，允许获得激光辐射的波长的调制。
图4示出了电流的波形的第二示例，激光源通过所述电流被馈送，允许获得激光辐射的波长的调制。
图5示出了电流的波形的第三示例，激光源通过所述电流被馈送，允许获得激光辐射的波长的调制。
具体实施方式
在附图中，用相同的附图标记指定相同的元件。
图1示出了根据本说明书的光声气体传感器的第一实施例。其包括单元20、激光源10、烟囱30以及被称为激光入口的孔40，所述单元包括气体入口管道60和气体出口管道70，所述烟囱通向单元中并包含检测传声器50。激光入口是单元中的孔，其尺寸大于进入单元中的光束的直径。在另一个实施例中，激光入口不是实际的孔，而是激光进入窗口，即透明壁，该透明壁在光束传输过程中对其几何特性(光学光圈)不会产生不利影响(或者如果可以忽略不计的话)。在这种情况下，激光入口的尺寸同样大于进入单元中的光束的直径。在图1的实施例中，激光源10紧挨着激光输入40，使得激光辐射直接发射到单元20中，而无需插入光学聚焦元件。在图1的实施例中，激光源10包括激光谐振器以及电源和调制电路90，其允许通过改变电源电流来调整激光波长。例如，为了避免可能的干扰，该激光源可以在远高于单元的谐振频率的频率下以脉冲状态操作。此外，传感器包括连接到检测传声器50上的电子检测电路80。在图1的实施例中，气体通过入口管道60引入并通过出口管道70排出。两个管道直接连接到单元20上。在激光与气体之间的相互作用过程中，在单元20内，气体被激发。激发的振转能级将经由非辐射跃迁而松弛，这导致分子碰撞和气体加热。因此，产生声波和热波，并且声波将被检测传声器50检测到，所述检测传声器放置在将传声器50连接到单元20上的烟囱30中。传声器连接到检测电路80，所述检测电路允许确定声波的幅度，并因此确定所研究气体种类的浓度。由于激光源直接放置在入口面的前面，因此本实施例只需要快速对准。此外，在传感器的结构中不使用光学聚焦元件允许其更加能够抵抗冲击和/或振动，对错位更不敏感并且更便宜。因此，这种结构增加了它的使用寿命和应用范围。在另一个实施例中，传感器包括聚焦光学元件，所述聚焦光学元件允许获得准直激光束，所述准直激光束指向定位为面向激光源的吸收体；本实施例最小化了激光束与空腔壁之间的相互作用。
在图1的实施例中，激光辐射是由以4到10微米波长在脉冲状态下发射的量子级联激光器(QCL)产生的。QCL激光器采用棒的形式，其典型尺寸为3mm×10μm×20μm。为了使QCL激光器更易于操作，将其焊接到尺寸为5mm×6mm×1.2mm的平行六面体基座上。激光束在激光棒的输出端的发散角通常为60°。激光源允许在特别适用于在待研究的气体中产生光声效应的中心波长处的光辐射发射到单元20中。在本实施例中，单元拥有大约2kHz的声谐振频率。QCL激光器以准连续波(QCW)状态操作，重复频率为1MHz，脉冲持续时间为100ns。这种操作模式意味着，从QCL的波长的调制频率的角度来看，激光辐射似乎是连续波。
由于激光辐射在单元内没有聚焦，它将发散并经受单元壁的多次反射。单元壁对光辐射的吸收将导致产生声学“背景”信号，所述信号将主要取决于制造单元所用的材料，而很少取决于激光源的波长，因为壁是宽带吸收体。该PA信号是噪声，它与来自气体的PA信号相加，并且将被检测传声器检测。因此，它将干扰来自所研究气体的PA信号的幅度的确定，并因此干扰其浓度的确定。因此，将其最小化是很重要的。为此，在图1的实施例中，传感器使用以恒定强度调制波长的技术。具体地，如上所述，由激光与单元壁之间的相互作用产生的PA信号几乎不取决于波长。在以恒定激光强度调制波长的过程中，该信号的幅度保持恒定，并且由传声器50检测到的总声信号(气体+壁)的调制幅度仅仅是由于所研究气体种类的浓度所致。
因此，电源电路产生电流，该电流适用于调制激光辐射的波长，同时保持恒定的激光强度。为此，电源电路产生称为“产生”电流的电流，其允许激光源被电泵浦。产生电流适用于使QCL源在脉冲模式下操作。经由产生电流脉冲(高于QCL的发射阈值)获得光发射。此外，电源电路在每个激光脉冲之间产生称为“基极电流”的电流。基极电流的幅度严格低于激光源的发射阈值。两个电流用两个包络线调制：“高”包络线调制产生电流，而“低”包络线调制基极电流。调制基极电流允许激光器的有源区被加热，从而导致对激光波长的调制。调制产生电流允许激光器效率的降低被补偿，这种降低是由基极电流加热激光器的有源区引起的。基极电流和产生电流的调制的组合效应是保持激光脉冲的光强度至少近似恒定，即使其波长周期性地变化。因此，调制产生电流允许避免激光长度/强度耦合。在图1的实施例中，基极电流的调制是正弦的，并且产生电流是由三角形包络线调制的方波信号，以便补偿QCL激光器的效率的降低，该降低是由QCL的有源区的加热引起的。作为示例给出本实施例中使用的相移和高包络线的形式。在另一个实施例中，相移为零。
如J.Saarela等人的“Wavelength modulation waveforms in laserphotoacoustic spectroscopy”，Appl.Opt.48,743-747(2009)所示，要应用的调制的形式优选地根据探测的气体管线的轮廓来定制。具体地，目标是使检测谐波处的信号最大化，即以下量，其中P(t)表示激光功率随时间的变化，λ(t)表示激光的波长随时间的变化，αG(λ)表示感兴趣的气体的吸收随波长的变化，以及f表示检测频率：
同样，根据Saarela等人(Applied Optics(应用光学),2009年)，并且对于隔离气体管线(αG拥有洛伦兹形状)，最佳形式是调制指数为5的准方波形式。
在另一个实施例中，基极电流的调制为PDM型(PDM代表脉冲密度调制)。这种类型的调制包括使用保持在发射阈值以下的电流脉冲，这些电流脉冲都是相同的，并且具有设定的宽度，但是具有可变的触发频率。随着时间的推移，这些脉冲的密度越高(高触发频率)，经由焦耳加热在激光器中沉积的能量越高，有源区的加热越大，因此波长的调制越强。相反，低脉冲密度将导致波长的弱调制(或零变化)。
在一个替代实施例中，基极电流的调制为PWM类型(PWM代表脉冲宽度调制)，其包括使用保持在发射阈值以下并且以设定的触发频率重复的电流脉冲。从一个脉冲到下一个脉冲，脉冲的宽度变化，使得脉冲越长，经由焦耳加热在激光器中沉积的能量越高，因此将调制的波长就越多。相反，短脉冲宽度将导致波长的弱调制(或零变化)。因此，这里的表达“基极电流的调制”是指具有(例如正弦)包络线的信号的调制或具有脉冲信号(例如具有PWM信号)的信号的调制。
为了放大由光辐射与单元20中包含的待检测气体之间的相互作用而产生的PA信号，经由光声效应产生的声波必须处于单元的谐振频率。为了实现这一点，必须以等于该谐振频率的一半的频率，将由激光源10产生的光辐射的波长调制为所研究气体的最大吸收值。因此，产生电流和基极电流的调制周期必须等于单元谐振频率的一半的倒数。在图1的实施例中，所研究气体的吸收线以λ0为中心。然后，QCL的中心波长在λ0+δλ与λ0-δλ之间变化，调制频率等于1kHz。然后激光与气体之间的相互作用产生频率为1kHz的正弦光声信号。最后，由传声器检测到的总声信号(气体+壁)的正弦调制的幅度允许确定所研究气体种类的浓度。激光脉冲的重复频率比单元谐振频率高至少10倍，优选地100倍，更优选地1000倍。
气体的吸收最大值不必是激光辐射的波长的调制范围的中心值。在另一个实施例中，最大气体吸收是调制范围的极值。在这种情况下，产生电流和基极电流的调制周期必须等于单元谐振频率的倒数。
有利地，脉冲的持续时间被选择为使得它们足够短，使得由啁啾声产生的相关光谱宽度不超过气体管线的典型宽度(对于隔离气体管线来说是0.5cm-1的量级)。这里的术语“啁啾声”是指脉冲内波长的快速变化，这种快速变化是由基极电流加热激光器的有源区引起的。
在图1的实施例中，气体单元的内壁拥有反射IR的光学处理器，以便最大化与待研究的原子或气体分子相互作用的激光通量。单元的光学反射率例如高于50％，并且优选地高于75％。
图2示出了根据本说明书的气体传感器的另一个实施例。这里，数量为n>1的激光源210将光辐射发射到单元20中。每个激光源拥有适用于不同气体的激发的不同中心波长(λ1、λ2、λ3…λn)。在本实施例中，激光器是QCL，其发射波长在4与10微米之间，并且以1MHz的频率以脉冲状态操作。此外，电源电路允许通过改变激光器的基极电流来改变由激光源产生的脉冲的波长，同时保持恒定的激光强度。因此，对于每个激光源，可以避免由激光辐射在单元壁上的反射所产生的背景噪声。因此，图2的实施例具有能够使用各种波长来表征各种气体种类的优点。具体地，气体对单色激光辐射的吸收具有天然选择性允许容易地确定所研究气体种类。
图3示出了提供给激光源的电流的实施例，所述电流与在关于图1的实施例所描述的传感器中实现的电流相同。该图形示出了电源电流的幅度随时间的变化。如上所述，该电流拥有两个包络线：调制产生电流31(产生激光脉冲)的“高”包络线32和调制每个激光脉冲之间的基极电流33的“低”包络线34。激光发射阈值35由水平虚线表示，并且基极电流33的幅度保持严格低于该阈值。在本实施例中，基极电流用正弦波调制，该正弦波的周期T等于单元谐振频率的一半的倒数，即，1ms的周期。产生电流用三角形高包络线进行调制，该三角形高包络线的周期与基极电流的调制周期相同。在本实施例中，脉冲的持续时间为100ns，重复频率为1MHz。由于单元的谐振频率为2kHz，激光器以QCW状态操作。这个时间脉冲宽度足够短，以能够忽略由有源区的加热引起的啁啾声效应。
在图3的实施例中，基极电流的幅度是连续调制的。还可以使用脉冲PDM(图4)或PWM(图5)基极电流37。从执行低通滤波的激光器的热响应的角度来看，这些实施例是等效的；然而，从电子的角度来看，可以优选采用基极电流的脉冲调制而不是幅度调制。
激光源10的类型不限于QCL。在另一个实施例中，激光辐射由诸如半导体激光器的电泵浦激光器产生。然而，除了QCL之外的半导体激光器拥有较低的激光发射阈值，这限制了注入低于阈值的基极电流的能力。此外，这意味着基极电流的调制幅度也将因此降低，这限制了有源区的加热，并因此限制波长的调制幅度。因此，所使用的激光源将优选地为QCL源。
在另一个实施例中，基极电流和产生电流的调制可以分别采用正弦和三角形以外的其他形式。它们可以采用方波、正弦或三角形形式或本领域技术人员所期望的任何其他形式。在另一个非优选实施例中，不调制产生电流的幅度，以补偿一个或更多个激光器的效率的降低，该降低是由基极电流加热一个或更多个激光器的有源区引起的。具体地，通过调制基极电流而周期性地简单调制波长允许减少来自壁的噪声信号的贡献。然而，优选的是，补偿一个或更多个激光器的效率的降低，以便获得恒定的激光强度，从而避免源于激光与壁的相互作用的噪声。
在另一个非优选实施例中，由电源电路产生的基极电流的幅度低于激光脉冲过程中的产生电流的幅度，但高于或等于激光发射阈值。该实施例足以导致有源区的加热和激光波长的调制。
在其他实施例中，检测传声器50可以由任何其他电声换能器代替。例如，它可以是预谐振的(音叉)。在另一个实施例中，它可以是声光电换能器。
Claims (15)
1.一种光声气体传感器(1,2)，其包括：
-单元(20)，所述单元形成声谐振器，所述单元包括气体入口管道、气体出口管道(70)和被称为激光入口的至少一个孔(40)；
-至少一个电泵浦激光源(10)；
-至少一个电声换能器(50)；以及
-电源电路(90)，所述电源电路产生被称为产生电流(31)的脉冲电流，所述产生电流泵浦一个或更多个激光源，并被配置成导致所述一个或更多个激光源以脉冲模式操作，激光脉冲的重复频率比所述单元的谐振频率高至少10倍，
其特征在于，所述电源电路被配置成进一步产生被称为基极电流(34)的电流，所述基极电流在激光脉冲之间采取非零值，其幅度低于所述激光脉冲(35)期间所述产生电流的幅度，调制所述基极电流的幅度，使得所述一个或更多个激光源向所述单元中发射光辐射，所述光辐射具有围绕中心波长周期性地变化的波长，以便以规则的间隔采取特别适用于激发待检测气体的值，由此，所述光辐射与包含在所述单元中的待检测气体之间的相互作用诱导产生处于所述单元的谐振频率的声波，所述电声换能器被布置成与所述单元中产生的声波接触。
2.如权利要求1所述的气体传感器，其中，激光脉冲的重复频率比所述单元的谐振频率高至少100倍。
3.如权利要求1所述的气体传感器，其中，激光脉冲的重复频率比所述单元的谐振频率高至少1000倍。
4.如权利要求1所述的气体传感器，其中，所述基极电流的调制是正弦的。
5.如权利要求1所述的气体传感器，其中，由所述电源电路产生的基极电流的幅度低于激光发射阈值。
6.如权利要求1所述的气体传感器，其中，所述基极电流的调制为PWM类型(PWM表示脉冲宽度调制)或PDM类型(PDM表示脉冲密度调制)。
7.如权利要求1-6中任一项所述的气体传感器，其中，调制所述产生电流的幅度，以补偿一个或更多个激光器的效率的降低，从而获得恒定的激光强度，所述降低是由所述基极电流加热所述一个或更多个激光器的有源区引起的。
8.如权利要求1-6中任一项所述的气体传感器，其中，以等于所述单元的谐振频率的一半的频率周期性地调制所述基极电流。
9.如权利要求1-6中任一项所述的气体传感器，其包括具有不同中心波长的多个激光源，所述不同中心波长适用于不同气体的激发。
10.如权利要求1-6中任一项所述的气体传感器，其中，所述一个或更多个激光源包括量子级联激光器，所述量子级联激光器发射波长在4微米与10微米之间。
11.如权利要求1-6中任一项所述的气体传感器，其中，所述激光脉冲的持续时间短于100ns。
12.一种通过如前述权利要求中任一项所述的光声气体传感器检测气体的方法，其包括：
-一个步骤，在该步骤中，所述电源电路产生所述基极电流和所述产生电流，所述基极电流在每个脉冲之间，所述基极电流的幅度不为零并且低于所述激光脉冲期间所述产生电流的幅度，所述产生电流泵浦所述一个或更多个激光器，所述产生电流被配置成导致所述一个或更多个激光器以脉冲模式操作，所述基极电流的幅度被调制，使得所述激光源或每个所述激光源向形成声谐振器的所述单元中发射光辐射，所述光辐射具有围绕中心波长周期性变化的波长，以便以规则的间隔采取特别适用于激发待检测气体的值，所述产生电流被调制，以补偿所述一个或更多个激光器的效率的降低，从而获得恒定的激光强度，所述降低是由所述基极电流加热所述一个或更多个激光器的有源区引起的；以及
-使用所述传感器的电声换能器检测在气体与激光辐射之间的相互作用期间产生的周期性光声信号的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中，激光波长的周期性变化的频率等于所述单元的谐振频率的一半。
14.如权利要求12和13中任一项所述的方法，其中，所述气体传感器包括具有不同中心波长的多个激光源，所述不同中心波长适用于不同气体的激发。
15.如权利要求12和13中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个激光源包括量子级联激光器，所述量子级联激光器在4微米与10微米之间发射。
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