中红外(mid-IR)可调谐激光器的发展推动了各种激光光谱技术。在这里，我们使用电子调谐的Cr:ZnSe(ET-Cr:ZnSe)激光器在中红外区域报告波长扫描腔衰荡光谱(WS-CRDS)，该激光器可以实现纳秒脉冲操作，具有宽波长调谐2–3µm。这允许对制冷剂CH2F2进行WS-CRDS诱导的痕量检测。ACH2F2检测限为0.66ppm(3σ)，可检测CH2F2中的痕量H2O使用宽波长调谐范围特征实现，证明了ET-Cr:ZnSe激光器在WS-CRDS中的有效性。我们相信我们的方法将加速各种痕量气体检测技术的发展。
随着空调系统的普及，制冷剂变得不可或缺。目前，作为氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)的替代品1、2并表现出低臭氧消耗潜能值(ODP)的氢氟烃(HFC)主要用作制冷剂。然而，HFC因其易燃性和高全球变暖潜能值(GWP)3、4受到《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》下的减排和排放控制法规的约束。它们的泄漏监测对于环境保护和气候研究至关重要，因此需要开发微量制冷剂检测技术。
虽然腔衰荡光谱(CRDS)5、6、光声光谱7和可调谐二极管激光吸收光谱与多通道气室8被用于各种痕量挥发性有机化合物(VOC)的高灵敏度检测，但它们在痕量HFC检测中的应用尚未得到证实。在这些方法中，CRDS是一种广泛使用的用于超高灵敏度测量的光学传感技术，其中使用高反射腔可以显着增加有效光路长度。要使用CRDS检测痕量HFC，需要使用能够将波长调整到HFC的中红外(IR)吸收峰的激光器。一些HFC在中红外区域(波长>3µm)9、10、11中表现出强吸收。最近，人们注意到二氟甲烷(CH2F2)、2,3,3,3-四氟丙烯-1-烯(CH2=CFCH3)和(E)-1,3,3,3-四氟丙烯-1-烯(CHF=CHCF3)12。CH2=CFCH3和CHF=CHCF3是氢氟烯烃(HFO)，它们是制冷剂的新候选者。与低分子量气体(如CH4、C2H4和CO2)相比，HFCs在常温常压下表现出较宽的吸收光谱。在CRDS中，分布式反馈激光器以单一频率运行，量子级联激光器用于检测低分子量气体13、14.然而，这些激光器的波长调谐范围(例如1-5nm)比HFC的吸收光谱宽度窄。因此，跨越几个10nm光谱区域的HFC的整个吸收光谱无法测量，并且基于吸收光谱形状的杂质识别变得困难。对于使用CRDS的痕量HFC检测，具有包括整个吸收光谱区域的宽波长调谐范围的激光是有效的。然而，增加CRD镜面反射率以获得高灵敏度会大大降低CRDS信号强度。因此，痕量HFC需要高强度和广泛可调的中红外激光器。
Cr2+掺杂的硫属化物(例如，Cr:ZnSe、Cr:ZnS和Cr:CdSe)，由于其宽荧光区域和大受激发射截面，能够直接进入2-3μm的光谱范围，具有被用作中红外可调谐激光器15、16中的激光介质。这些介质促进了中红外区域高功率可调谐激光器和超短脉冲激光器的发展，而无需使用非线性频率转换技术17、18、19。在这些激光器中，2-3µm可调谐纳秒脉冲激光器非常适用于CH2F2的痕量检测使用CRDS。此外，由于单位波长的输出功率高于超连续谱激光器，因此可以实现高信噪比的CRDS。据报道，配备声光可调谐滤光片(AOTF)作为波长调谐元件的电子调谐Cr:ZnSe(ET-Cr:ZnSe)激光器可在2.17–2.71µm范围内产生调谐，脉冲能量为7.9mJ，2.41µm，它展示了使用计算机程序20进行的快速波长调谐。使用Cr:CdSe，已经证明了一种光栅调谐激光器，其调谐范围为2.25–3.08μm，在2.64μm处输出能量为4mJ21。然而，这些激光器不适用于CRDS，因为弛豫振荡将纳秒脉冲的时间分布调制成多峰脉冲。米罗夫等人。22报道了使用具有50ns脉冲宽度的Q开关Er:YAG激光器的广泛可调谐Cr:ZnS激光器，在2.25μm处显示出7mJ的输出能量和通过光栅旋转的1.95-2.65μm的调谐范围。光栅调谐方法虽然可以应用于CRDS，但在波长调谐速度、波长再现性和随机波长切换方面，其波长可控性不如电子调谐方法。2-3µm区域的波长扫描CRDS(WS-CRDS)需要最佳时间分布和高波长可控性。
在此，我们报告了使用带有ET-Cr:ZnSe激光器的CRDS进行痕量CH2F2检测，该激光器经过改进以执行单峰纳秒脉冲操作。我们还展示了通过ET-Cr:ZnSe激光的快速波长扫描检测CH2F2和H2O。因此，ET-Cr:ZnSe激光器是中红外区域WS-CRDS的有效光源。