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1.  5.2μm量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量水汽检测  
   周胜  韩艳玲  李斌成《光谱学与光谱分析》,2016年第12期
   高纯气体中水汽含量是半导体工业生产中的一个重要参数,气体中残余水汽含量即使是 ppbv量级也会对产品质量产生影响。气体在中红外区域具有更丰富的特征谱线,在该区域对水汽含量进行检测十分必要。宽调谐范围、高输出功率和窄线宽量子级联激光器的快速发展,推动了该区域红外光谱检测技术的发展。首次在中红外波段,采用5.2μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了痕量水汽的检测装置,并开展了痕量水汽检测实验。通过阿伦方差分析系统噪声水平,确定了光腔衰荡信号最优平均次数为602次。根据 HITRAN数据库,模拟实验条件下1905~1925 cm-1范围内水汽的吸收截面,选取最佳的检测谱线位置。在常压和室温下,对1918 cm-1附近的水汽吸收光谱进行测量,测定高纯氮气中的痕量水汽浓度,检测结果与标称值一致。在腔镜反射率为99.93%时水汽的检测灵敏度达到24.8 ppbv。分析结果表明,中红外高灵敏痕量气体检测技术在工业监测、环境检测以及医学诊断等领域具有很好的应用前景。    

2.  基于光腔衰荡光谱技术的压力计校准方法  
   周胜  韩艳玲  李斌成《光谱学与光谱分析》,2018年第4期
   压强是工业生产过程中的一个重要参数,其准确测量是过程控制的关键。气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、气压等因素,利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应,可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息,实现压力计校准。提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。采用5.2μm可调谐量子级联激光器,基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。室温下,测量水汽在1 877cm~(-1)附近的一吸收谱线,线宽为0.084 21cm~(-1),重复性测量误差小于1.53×10~(-4 )cm~(-1),对应的压强大小为98.12kPa,检测灵敏度优于0.18kPa,与高精度压力计读数98.14kPa一致。利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965)cm~(-1)·atm~(-1),与HITARN数据库参考值0.087 1cm~(-1)·atm~(-1)一致。实验校准了一小量程压力计。结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。    

3.  基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度  
   王竹青  王欢  曹振松  袁怿谦  张为俊  龚知本  高晓明《光谱学与光谱分析》,2009年第29卷第12期
   稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有蕈要的应用价值.水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义.水汽分子在2.7 μm附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量.文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),将调}皆范围在750~840 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd:YAG敫光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5~4 μn波段的中红外可调谐激光.选择周期为20μm的PPLN品体,产生2.7 μm附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点.结合光程为100 m的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验窒大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及~(17)O,~(18)O,D的丰度值δ,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性.    

4.  1.315 μm波长附近实际大气高分辨率吸收光谱  被引次数:6
   魏合理  邬承就  龚知本《强激光与粒子束》,2002年第14卷第1期
    用窄线宽、脉冲可调谐光参量振荡器(OPO)作光源,使用光程长达1 097m的怀特池,采用单探测器分时复用的探测方法,首次在吸收池中精确测量了实际大气中1.315 μm波长附近高分辨率吸收光谱,实验验证了实际大气中水汽是该波段的主要吸收气体;得到了实际大气中吸收分子在氧碘激光波长(7 603.14cm-11)处的吸收截面为 (1.05±0.09)×10-24 cm2(标准大气条件下)以及在该波段主要吸收谱线的参数,包括吸收线的位置、线强度、压力加宽半宽度等。利用实测的线参数计算了在氧碘激光波长附近大气分子的吸收截面,发现吸收最小的波长分别位于7 603.31和7 603.93cm-1,其值约为(8.9±0.8)×10-25 cm2,比氧碘激光波长处的吸收截面约小15%。    

5.  激光长程吸收光谱法测量高分辨率大气吸收光谱  被引次数:11
   邬承就  魏合理  袁怿谦  马志军  曹百灵  龚知本《光学学报》,2002年第22卷第2期
   用脉冲可调谐光参量振荡器作光源 ,使用光程长达 1km的 8m长吸收池 ,采用分时复用的单探测器探测方法 ,组成测量系统 ,测量了一系列高分辨率的模拟和实际大气的吸收光谱。系统的灵敏度为 0 .5× 10 - 6cm- 1 ,分辨率为 0 .0 2cm- 1 。 1.315 μm附近实际大气的吸收光谱与HITRAN96模拟结果比较 ,强线符合得很好。水汽光谱的大多数强线的分子线强度相对误差在 10 %以下。    

6.  基于吸收光谱原理的高温水汽浓度测量方法研究  
   陈玖英  刘建国  何俊峰  何亚柏  张光乐  许振宇  王强  王辽  姚路  袁松  阮俊  戴云海  阚瑞峰《光谱学与光谱分析》,2014年第12期
   可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,简称为TDLAS)技术具有高灵敏度、快速响应、非接触式、环境适应性强等优点,能够实现燃烧温度、组分浓度、速度等参量的实时动态在线测量。为准确测量高温下的水汽浓度,采用窄带半导体激光器作为光源,结合实验室的高温测量系统,记录了常压下1.39μm附近水汽在773~1 273K温度范围内的吸收光谱,利用多线组合非线性最小二乘法拟合得到高温吸收光谱的吸光度,找出了两条适合高温水汽浓度测量的吸收线7 154.35和7 157.73cm-1,首次提出高温水汽浓度测量的模型求解方法,该方法测得的高温下水汽浓度符合理论推理,浓度测量的标准误差低于0.2%,相对误差低于6%。通过实验验证了该测量方法的可行性。    

7.  中红外差频光源应用于实际大气水汽浓度测量  
   邓伦华  高晓明  曹振松  袁怿谦  张为俊  龚知本《光谱学与光谱分析》,2007年第27卷第11期
   基于非线性光学效应,采用差频发生技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),在周期性极化的铌酸锂晶体(PPLN)中产生了中红外的可调谐激光源.泵浦光是一个功率为1 W、调谐范围在770到870 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器.信号光是一个功率为1 W、单频连续的Nd:YAG激光器.当晶体的光栅周期为20 μm、温度调谐范围内在室温到200℃之间时,能够产生2.8 μm附近的、功率约为1~2 μW的差频光源.基于这个光源,采用直接吸收光谱方法测量了实验室大气中的水汽(001←000)吸收带的吸收光谱.依据大气中水汽分子在8.5 cm的吸收光程条件下的吸收光谱,成功地测量得到了大气中的水汽浓度.    

8.  大尺度区域水汽浓度激光检测方法的研究  
   何莹  张玉钧  王立明  尤坤  周毅  孙晓敏  刘振民《光谱学与光谱分析》,2013年第3期
   为了实现大尺度区域下大气中水汽浓度的高灵敏度、高精确性、快速响应检测,与遥感反演的数据进行校正,采用了TDLAS直接吸收技术结合开放式监测的方法。选择水汽分子在1.27μm附近的单根吸收谱线为目标谱线,设计了大尺度区域水汽激光检测系统。结合多次反射池验证了系统性能,40m光程下极限灵敏度为14.803mmol.mol-1。利用本系统在中国科学院禹城综合试验站完成了1 420m光程下的连续外场实验,系统工作稳定,并与同场地涡度相关观测系统中的气体分析仪LI-7500的测量数据进行了对比,数据一致性较好。为在复杂野外非均匀下垫面的水汽浓度变化的监测提供新方法。    

9.  基于波长调制光谱技术的线宽测量理论及其应用研究  
   张书锋  蓝丽娟  丁艳军  贾军伟  彭志敏《物理学报》,2015年第64卷第5期
   气体吸收谱线的线宽主要包括碰撞作用引起的洛伦兹线宽和分子热运动引起的高斯线宽, 是可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的重要参数. 本项研究在弱吸收条件下, 通过对波长调制法中二次与四次谐波峰值比进行理论分析和仿真计算, 发现无论洛伦兹和高斯线宽如何变化, 二次和四次谐波峰值比具有恒过不动点的特征. 本文基于该不动点提出了一种线宽在线测量的方法, 并以CO2分子6982.0678 cm-1 吸收谱线为例进行实验验证. 实验结果表明, 该方法可以精确测量线宽, 进而根据测量得到的线宽确定气体分压和总压, 可有效地提高TDLAS技术在工业现场中的测量精度.    

10.  碘激光的大气衰减特性  被引次数:5
   曹百灵  邬承就  魏合理  袁怿谦  马志军  孙明  龚知本《光学学报》,2003年第23卷第4期
   碘激光波长处在大气微窗口,水汽分子的吸收是碘激光在大气中传输时衰减的主要原因。利用HITRAN数据库,计算了碘激光波长模式的大气衰减情况。利用高分辨串光谱实验系统,获得了1.315μm附近的谱线参量。在我国,由南向北,由夏到冬,水汽浓度逐渐减少,水汽分子的吸收率递减。碘激光有6条超精细谱线,单一最强线频率的碘激光的大气分子吸收比多谱线的碘激光小,更有利于大气传输。在中纬度夏季,单一最强线垂直向上全程的大气分子吸收率与多谱线碘激光水平传输1km相当,为9.0%。碘激光垂直向上传输比海平面水平传输受大气影响小。    

11.  CO2的腔增强吸收与高灵敏吸收光谱研究  被引次数:6
   裴世鑫  高晓明  崔芬萍  黄伟  邵杰  樊宏  张为俊《光谱学与光谱分析》,2005年第25卷第12期
   腔增强吸收光谱(CEAS)是在衰荡吸收光谱的基础上发展起来的一种新型的直接吸收光谱技术.文章报道了用中心输出波长为1.573μm的窄线宽连续可调谐半导体激光器(DFB封装)作光源,用两块高反射率平凹透镜(在1.573μm附近,凹面反射率R~99.4%,曲率半径r~1 m)组成对称共焦腔作吸收池的腔增强吸收光谱系统.采用扫描腔长的方法改变谐振腔的模式,当激光器的输出频率与谐振腔的某一腔模之间满足共振匹配关系时,激光被耦合到谐振腔内,用探测器接收透过谐振腔的光信号,同时用波长计精确测量激光器的输出波长.在33.5 cm长的吸收池内测量了吸收强度为1.816×10-23cm-1·(molecule·cm-2)-1的二氧化碳分子的弱吸收谱线,探测灵敏度达到了6.78×10-7 cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高,装置简单,易于操作等优点.    

12.  温度压强对CO2吸收光谱的影响  
   朱湘飞  林兆祥  刘林美  邵君宜  龚威《物理学报》,2014年第63卷第17期
   为了提高差分吸收CO2探测激光雷达的反演精度,本文采用可调谐半导体激光吸收光谱技术,利用双光路差分实验系统,在不同温度和压强下精确探测了CO2吸收谱线(1.572 μm附近)的精细结构,分析了吸收光谱谱型的变化差异,获得了5个温度(287K,297K,311K,315K,324K)的压力增宽系数和吸收截面,推算出了CO2的温度相关指数. 这些参数是对现有数据库的补充和完善,确保差分吸收CO2探测激光雷达的精确反演,从而提高其探测能力. 关键词: 大气光学 激光雷达 2吸收光谱')" href="#">CO2吸收光谱 双光路差分    

13.  基于DFB型半导体激光器的腔增强吸收光谱研究  被引次数:2
   裴世鑫  高晓明  崔芬萍  黄伟  杨颙  邵杰  黄腾  赵卫雄  张为俊《化学物理学报》,2005年第18卷第5期
   介绍了用DFB型可调谐半导体激光器做光源的腔增强吸收光谱(TDL-CEAS)技术.简要介绍了腔增强吸收光谱的发展和实验设计,从法布里-珀罗腔的角度解释了腔增强吸收光谱的有效吸收路径,阐述了腔增强吸收光谱具有高灵敏度的主要原因是腔内介质能够获得很长的吸收光程;用中心波长为1.573μm的DFB型可调谐近红外半导体激光器做光源,用两块高反射率平凹透镜(1.573μm附近,反射率约99.4%,凹面曲率半径为1 m)组成的光学谐振腔做吸收池,采用同时扫描激光和谐振腔的方法,在34 cm长的吸收池内测得了CO2分子在1.573μm附近的弱吸收谱线,探测灵敏度达1.66×10-5cm-1.实验结果表明,腔增强吸收光谱具有灵敏度高、分辨率高、实验装置简单、易于操作等优点.    

14.  基于Er∶YAG单频可调谐激光器的甲烷吸收光谱测量  
   郑岩  王然  叶青《光学技术》,2014年第40卷第1期
   采用1.6μm激光差分吸收是探测甲烷(CH4)气体浓度的一种重要手段。通过对CH4气体吸收光谱的理论分析及计算,并基于Er∶YAG单频可调谐激光器,在实验室测量了CH4气体对1.645μm激光的吸收谱线。实验结果对研制用于测量CH4气体浓度的差分吸收激光雷达光源有重要意义。    

15.  基于可调谐半导体激光器吸收光谱的温度测量方法研究  被引次数:3
   许振宇  刘文清  刘建国  何俊峰  姚路  阮俊  陈玖英  李晗  袁松  耿辉  阚瑞峰《物理学报》,2012年第61卷第23期
   介绍了基于半导体激光器作光源的吸收光谱测温技术研究和开发集成的系统,利用H2O在1.4μm附近的吸收线对的线强比值来反演温度.介绍了该系统在实验室管式高温上的标定和开放炉管的测量验证,结果显示各设置温度下测量温度波动平均在50 K左右.之后在CH4/空气预混平焰炉上进行进一步验证,发现在吸收线7153.7 cm-1长波一侧出现了HITRAN08中未给出的几条H2O吸收和该吸收线重叠.HITEMP中在这些波长上有对应的吸收线给出,但对另一条选用的吸收7154.354 cm-1,给出的可对应吸收线中心频率和测量不一致.根据实验测量结果和HITRAN/HIlTEMP的对比,对选择吸收线对的位置和线强等参数继续采用实验室标定结果,并引入HlTEMP中给出的这些高温下表现出来的吸收线参数,在平焰炉不同当量比状态下做了测量对比.    

16.  1.315μm附近CO2的高分辨率吸收光谱  
   邬承就  袁怿谦  曹百灵  马志军  龚知本《强激光与粒子束》,2003年第15卷第1期
    利用可调谐激光长程吸收光谱测量系统,记录到1.315μm附近高气压(80kPa和40kPa)CO2的高分辨率吸收光谱,拟合分析获得谱线参数,结果与HITRAN 2k的数据基本一致。用程差法测量了绝对吸收,氧碘激光频率(7 603.138 5cm-1)的总吸收截面为(0.23~0.29)×-24cm2。仅计算谱线吸收的吸收截面为0.18×10-24cm2。在1.315μm波段COCO2存在连续吸收,吸收截面为(0.05~0.11)×10-24cm2。还讨论了测量误差问题。    

17.  基于TDLAS技术的水汽低温吸收光谱参数测量  
   聂伟  阚瑞峰  许振宇  姚路  夏晖晖  彭于权  张步强  何亚柏《物理学报》,2017年第66卷第20期
   精确的气体光谱参数对气体浓度、温度等的光谱精确反演测量具有十分重要的意义,针对当前主流光谱数据库(例如HITRAN)中数据与实际数值存在相当误差的问题,自主研制了一套基于静态冷却技术的低温光谱实验平台,用于精确测量低温下的气体吸收光谱参数.运用该低温光谱实验平台,采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量了温度为230–340 K、压强为10–1000 Pa时7240–7246 cm-1波段的纯水汽振转跃迁光谱.采用Voigt线型多峰拟合方法,获得了5条水汽振转跃迁谱在不同温度、不同压强下的积分吸光度值及洛伦兹展宽值,运用线性拟合的方法得到这5条吸收线的自展宽半峰全宽系数及参考温度下的线强值.运用不确定度传递公式,计算得到实验结果的不确定度,与HITRAN2012数据库中的线参数进行对比,所测的5条吸收线中实验结果与数据库值最大相差10.96%,且实验结果的不确定度为1.11%–2.98%(置信概率p=95%,包含因子k=2),小于HITRAN2012数据库值的不确定度.    

18.  基于可调谐激光吸收光谱技术的脱硝过程中微量逃逸氨气检测实验研究  
   张立芳  王飞  俞李斌  严建华  岑可法《光谱学与光谱分析》,2015年第6期
   为了对电厂脱硝过程中逃逸的微量氨气进行在线检测,实验室采用可调谐激光吸收光谱技术对常温常压下以及不同温度下的低浓度氨气进行了测量试验,其中电厂逃逸氨气检测处温度约为650 K。通过分析近红外波段的氨气吸收谱线,并考虑实际测量环境H2 O和CO2等浓度很大的气体吸收谱线的干扰,实验选取2.25μm附近的ν2+ν3谱线作为浓度检测谱线。为了验证所选谱线对低浓度N H3的测量能力,实验对H2 O ,CO2和N H3的吸收谱线进行模拟,发现低浓度N H3受较大浓度的H2 O和CO2谱线的干扰较小,尤其是CO2谱线的干扰可以忽略不计,且2.25μm处谱线强度远远大于通讯波段1.53μm处的谱线。基于新型Herriott池以及高温管式炉,结合可调谐激光吸收光谱中的直接吸收技术和波长调制技术,实现了对不同温度下超低浓度N H3的高分辨率快速检测。常温常压下其线型函数可以利用洛伦兹线型来近似描述,直接吸收测量技术可以使探测极限降低到0.225×10-6。通过采用简单降噪处理技术如多次平均、简单小波分析等,得到不同温度下的谐波信号与浓度具有良好的线性关系,为采用可调谐激光吸收光谱技术进行现场低浓度逃逸氨气检测提供了很好的依据。    

19.  水汽分子对CO2谱线加宽的影响  
   王欢  曹振松  汪六三  高伟  张为俊  龚知本  高晓明《强激光与粒子束》,2010年第22卷第9期
    报道了以高分辨力连续可调谐中红外差频激光为探测光源,结合可调长光程怀特池,利用直接吸收的方法探测了CO2的10011←10002带R支以及部分P支在室温下的水汽加宽吸收光谱。在2 422 cm-1到2 457 cm-1范围内共有26条吸收谱线被探测到,采用Voigt线型对吸收谱线进行拟合,得到了CO2光谱的水汽加宽系数,结果显示CO2的水汽加宽系数平均比干燥空气的加宽系数大52%。利用实验测得的CO2的水汽加宽系数与HITRAN04数据库中CO2谱线的线位置、线强和干燥的空气加宽系数进行比较,分析了在实际大气中(海平面,10 km光程)不存在水汽和存在水汽(含有2.0 kPa水汽)时该波段CO2的大气透过率,结果表明潮湿空气与干燥空气之间的最大透过率差约为0.5‰。    

20.  利用石英增强光声光谱技术在2.0μm处实现高灵敏CO2检测的实验研究  
   刘小利  武红鹏  邵杰  董磊  张雷  马维光  尹王保  贾锁堂《光谱学与光谱分析》,2015年第8期
   基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(D FB )为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最佳调制深度,实现了高灵敏CO2浓度的检测。通过改变待测气体中的水汽浓度,研究了水汽对CO2气体探测结果的影响,结果显示在水汽浓度低于0.2%范围内, CO2气体光声信号随H2 O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2 O浓度的增加对CO2光声信号的增强作用几乎维持不变。数据显示,常温常压下H2 O分子通过提高分子弛豫率最多可将二氧化碳R16吸收线的光声信号幅值提高约2.1倍。优化后的装置可以很好的实现大气中CO2浓度的检测。该装置获得的最小探测灵敏度为19 ppm(1σ,300 ms积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.71×10-9 cm-1· W · Hz-1/2。    

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