導(dǎo)語： 多組分呼吸檢測通常需要多臺激光器或復(fù)雜分光模塊。該研究僅用一臺 EC-QCL，通過光柵粗調(diào)與靜態(tài)進(jìn)樣策略，實現(xiàn)了對五種關(guān)鍵代謝氣體的準(zhǔn)同步分析

 傳統(tǒng)方案為何”笨重”？

同時檢測呼氣中的 CO、CO?、H?O、N?O 和 pH?，常規(guī)思路是疊加多臺 DFB-QCL 或 FP-QCL，再配準(zhǔn)直鏡、合束器與多路探測器。模塊數(shù)量直接推高成本、體積與校準(zhǔn)復(fù)雜度，難以適配基層醫(yī)療或床旁篩查場景。

單光源如何覆蓋五種氣體？

該系統(tǒng)采用的 EC-QCL 芯片中心波長在 4.6 μm 附近，配合 300 lines/mm 衍射光柵：

•  粗調(diào)范圍：4350–4610 nm，寬達(dá) 260 nm；

•   功率輸出：600–800 mA 工作電流下MAX功率超 300 mW；

•   覆蓋能力：完整覆蓋上述五種分子的中紅外指紋吸收區(qū)。

圖 2. (a) 不同光柵角度下 EC-QCL 光譜（黑）與原始 FP-QCL 光譜（橙）對比；(b) 功率-波長曲線，MAX功率超 300 mW。來源：Bayrakli 等 (2026) Fig.2。

靜態(tài)封存消除時間差

順序掃描不同波長時，若氣體持續(xù)流動，濃度會因呼吸節(jié)律波動而產(chǎn)生漂移誤差。該系統(tǒng)采用壓力感應(yīng)閥 + 質(zhì)量流量控制器，將肺泡氣靜態(tài)封存于 31.2 m Herriott 多通池后再順序測量，確保同一份樣本中各組分?jǐn)?shù)據(jù)可比。

圖 12. 同一靜態(tài)肺泡氣樣本中 N?O（紅線）、CO?（黑線）實測吸收譜與 HITRAN 參考譜（藍(lán)線）對比。來源：Bayrakli 等 (2026) Fig.12。

一句話總結(jié)： “單光源多任務(wù)”設(shè)計將硬件壓縮至一臺激光器、一組光柵，在保持檢測精度的同時大幅降低了系統(tǒng)成本與集成門檻，為呼吸診斷設(shè)備的緊湊型化提供了可行路徑。

海爾欣QSweep系列 寬掃紅外激光源

海爾欣的QSweep寬掃紅外激光源為客戶提供覆蓋更廣、性能更強(qiáng)、穩(wěn)定可靠的激光解決方案。

• 窄光譜輸出：提供非常窄的光譜輸出，滿足高光譜分辨率的應(yīng)用需要。

• 快速波長調(diào)諧：在QC芯片的整個增益帶寬上（數(shù)百cm-1），實現(xiàn)超10ms的快速波長調(diào)諧。

• 低損耗元件：使用低損耗元件，使設(shè)備可以在便攜式電池供電的條件下高效運作，適合便攜式應(yīng)用。

• 高輸出功率：相較于DFB-QCL，可提供更高的輸出功率，同時保持較窄的光譜寬度。

• 波長可調(diào)諧性：覆蓋4-12µm的超寬光譜范圍，為固體和液體樣品分析提供可能。

• 高可靠性：能夠提供高可靠性的激光輸出，適用于需要穩(wěn)定光源的應(yīng)用。

• 室溫工作能力：在室溫下運行，無需額外的冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備的小型化和便攜化。

文獻(xiàn)來源：External cavity quantum cascade laser-based sensor with closed-loop gradient-based adaptive control for multi-molecule breath analysis: Potential applications in non-invasive diabetes monitoring, 10.1016/j.optlastec.2026.115164