基于可调谐半导体激光吸收光谱的氧气测量方法的研究

O₂是工业过程中广泛应用的重要气体, 在工业生产环境下实现O₂浓度的快速在线检测对提高燃烧效率和节能减排具有重要的意义。可调谐半导体激光吸收光谱谐波探测技术是一种具有高灵敏、高选择性、快速响应等特点的气体检测新技术,该技术利用了半导体激光器的可调谐和窄线宽特性,通过精心选择待测气体的某条吸收线可排除其他气体的干扰,实现待测气体浓度的高灵敏快速在线检测。文章以可调谐分布反馈(Distributed feedback, DFB)半导体激光器作为光源,通过波长调制方法对760 nm附近氧气某一吸收线的二次谐波信号测量,从而实现了对氧气浓度的快速在线检测。系统指标达到：检测范围0.01%～20%;检测精度0.1%;长期稳定性1%。     

基于光闪烁法的烟气流速反演和路径加权函数的分析

为了对工业管道排放的污染气体的流速进行连续监测,设计了一种双路平行对射式烟气流速测量系统,并对基于光闪烁法测量烟气流速的相关理论进行了研究.利用相位屏技术对湍流介质中的光闪烁现象进行了理论分析,得到了用于工业管道烟气流速反演的光闪烁互相关的表达式.对烟气流速反演过程中平均流速的路径加权问题进行了探讨,给出了路径加权函数,数值模拟表明路径加权函数具有近似高斯线型的轴对称分布特性,反映出管道中心流速对于平均流速的较大贡献.在此基础上,分析了光源光谱对路径权重函数的影响,实验证明由于光源光谱具有一定的带宽,使得路径加权函数值有一定的变化,但加权函数的分布形状保持不变.对于平均流速的路径加权函数的分析为计算工业管道中烟气流速的空间分布提供了依据.     

基于低频光闪烁的烟气流速和颗粒物浓度的测量

介绍了一种利用颗粒物浓度的随机起伏引起的光闪烁信号测量烟气流速和颗粒物浓度的光学方法.探讨了烟气流中光闪烁的成因,对湍流作用下基于分离式双光路测量系统结构的光闪烁互相关进行了分析,得到相关函数的理论表达式.采用互相关技术反演流速,证明了光强起伏的标准差与颗粒物浓度之间存在着确定的线性关系.使用自行研制的烟气流速及颗粒物浓度测量系统于2013年6月在潍坊市某化工厂对燃煤锅炉矩形排气管道进行了连续测量,并与使用皮托管同步测量烟气流速结果进行对比,结果表明两者具有较好的一致性.使用光学粒子计数器测量烟气流中的颗粒物浓度,同时记录对应的光闪烁标准差,对得到的数据进行线性拟合,拟合相关系数为0.9703,为光闪烁法测量颗粒物浓度提供了依据.     

可调谐半导体激光吸收光谱技术的调制参量影响及优化选择

为获得较好的谐波信号,完成不同测量目的,以DFB-760.77nm波长处氧气监测为例,通过改变扫描锯齿信号和调制正弦信号的频率和幅值,讨论了调制参量对二次谐波信号峰-峰值、对称性、谐波信号展宽和信号完整性等判别依据的影响和变化.结果表明:Sinmulink模拟值和实验值相关性较高,当正弦调制信号和锯齿扫描信号频率比值为1 000倍时,可以获得较好的二次谐波信号.该研究为实验系统中调制参量的选取和调制度及系统准确度、稳定性、重复性等性能的优化提供了一定帮助.     

基于GaN同质衬底的高迁移率AlGaN/GaNHEMT材料

研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利于去除表面的杂质,黄光带峰相对强度较高;H_2促进GaN分解,随时间延长GaN分解加剧,导致模板表面粗糙不平,AlGaN/GaN HEMT材料二维电子气迁移率降低.采用NH_3/H_2混合气体与H_2交替气氛模式处理模板或衬底表面,能够清洁表面,去除表面杂质,获得平滑的生长表面和外延材料表面,有利于提高AlGaN/GaN HEMT材料电学性能.在GaN衬底上外延AlGaN/GaN HEMT材料,2DEG迁移率达到2113 cm~2/V·s,电学性能良好.     

基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理

陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长（L_g=80 nm）的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（MOSHEMT）,并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟研究了高压下MgO的熔化特性．通过晶体的现代熔化理论,对MgO的分子动力学模拟熔化温度进行了修正,得到了高温高压下MgO的熔化温度．计算得到的MgO熔化曲线和已有的实验及其它理论结果在0-135 GPa进行了比较,发现修正得到的MgO熔化温度和由Lindemann熔化方程及两相方法得到的结果在压力低于15 GPa时符合很好．同时,MgO熔化模拟有效解释了一阶相变分子动力学过程中出现的过热熔化现象．     

High-sensitivity methane monitoring based on quasi-fundamental mode matched continuous-wave cavity ring-down spectroscopy

Continuous-wave cavity ring-down spectroscopy (CW-CRDS) is an important technical means to monitor greenhouse gases in atmospheric environment. In this paper, a CW-CRDS system is built to meet the needs of atmospheric methane monitoring. The problem of mode matching is explained from the perspective of transverse mode and longitudinal mode, and the influence of laser injection efficiency on measurement precision is further analyzed. The results of cavity ring-down time measurement show that the measurement precision is higher when the laser is coupled with the fundamental mode. In the experiment, DFB laser is used to calibrate the system with standard methane concentration, and the measurement residual is less than ±4×10^-4 μs^-1. The methane concentration in the air is monitored in real time for two days. The results show the consistency of the concentration changes over the two days, which further demonstrates the reliability of the system for the measurement of trace methane. By analyzing the influence of mode matching, it not only assists the adjustment of the optical path, but also further improves the sensitivity of the system measurement.     

Novel method for correcting light intensity fluctuation in the TDLAS system

A novel method for online correction of light intensity fluctuation in a practical tunable diode laser ab-sorption spectroscopy(TDLAS)system with wavelength modulation is presented.The proposed method is developed according to the linear relation between peaks at multiple frequencies of sine modulation in the power spectral density of the demodulated second-harmonic(2f)signal and the incident light intensity.Those peaks are demonstrated experimentally and explained as residual power at the first-harmonic and third-harmonic frequencies after 2f demodulation of the residual amplitude modulation signal due to the limited integrating time constant of the lock-in-amplifier.This method can achieve real-time correction of light intensity fluctuations with only little calculation.It can work well in a very large range of light intensity and has great potential applications in the wavelength modulation spectroscopy system.