一酸化窒素（Nitric Oxide、NO）の高感度検出の実現は、環境や生物医学などの分野において重要な意義を持つ。NOは中赤外領域で強い基音吸収が存在し、中赤外量子カスケードレーザーを光源として用い、可変半導体吸収分光技術（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy、TDLAS）を組み合わせることで、NOガスの高感度検出が可能である。半導体冷却器（Thermoelectric Cooler、TEC）をコアとした3段階TEC温度制御構造を設計し、<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001c.jpg"/></alternatives></inline-formula>濃度反演モデルを提案し、レーザー温度安定性制御とガス濃度反演モデルの二面から中赤外TDLAS技術に基づくNOガス検出感度を向上させた。実験結果は、室温でレーザー温度が設定値に迅速に安定し、温度安定性は0.003 ℃に達したことを示した。同じ実験条件下で<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M001c.jpg"/></alternatives></inline-formula>モデルの性能は2f/1fモデルよりも優れている。システムは30 mの有効光路とレーザーの3段階温度制御条件下で、<inline-formula><alternatives><math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><msub><mrow><mi>Y</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mrow><mi>X</mi></mrow><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>f</mi></mrow></msub></math><graphic specific-use="big" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M003.jpg"/><graphic specific-use="small" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="alternativeImage/D8EC9C5C-0258-4bdd-96B4-CCBA615C46F4-M003c.jpg"/></alternatives></inline-formula>信号ピーク値で濃度反演を行い、0~500×10^-6の濃度範囲でNO濃度測定の直線性は0.9975に達し、システム検出限界は37.5×10^-9に達した。レーザー温度制御構造とガス濃度反演モデルの最適化により、システムのNOガス検出感度が大幅に向上した。

レーザー分光技術;一酸化窒素;中赤外;三段階温度制御;濃度反演モデル