消除波长调制光谱中激光能量起伏对谐波信号干扰的新技术

利用扫描外腔二极管激光器(ECDL）后镜压电陶瓷(PZT）电压时频率变化和背景能量起伏之间存在相位差的特性,通过矢量锁相放大器将一个探测器探测到的信号成份和背景起伏噪声分开,获得标准的1f~4f信号.如果不存在这个相位差,则无法消除谐波信号背景干扰.这种技术简单、实用,对理论分析谐波信号以及实现高灵敏探测污染气体传感器的小型化都有重要的指导意义.     

基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术研究

中红外精密激光光谱技术在痕量气体检测、基本物理常数测定等领域都有重要应用,然而由于缺乏窄线宽、稳定的中红外光源,很难实现中红外精密光谱测量.本文介绍了一种基于光学反馈频率锁定的窄线宽稳定中红外激光产生技术,分析了光学反馈实现激光到F-P腔锁定的可行性,利用一个高精细度中红外超稳F-P腔作为频率参考,基于光学反馈技术实现了量子级联激光器到该超稳腔的锁定.经过评估得到激光器线宽被压窄到1.1 Hz,压窄激光线宽的同时稳定了激光频率,将激光器的长期漂移控制在20 kHz/12 h.其中,为了获取长时间稳定的光学反馈,基于PDH技术获取了误差信号,用于对反馈相位的实时伺服控制.     

利用石英增强光声光谱技术在2.0μm处实现高灵敏CO_2检测的实验研究

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(DFB)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H2O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2O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H2O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19ppm(1σ,300ms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。     

基于电学调制相消法和高功率蓝光LD的离轴石英增强光声光谱NO2传感器设计和优化

使用中心波长为450 nm的高功率多模蓝光激光管(LD)作为激励光源, 结合电学调制相消法和离轴石英增强光声光谱(QEPAS)配置, 设计了一款高灵敏二氧化氮传感器. 电学调制相消法使离轴QEPAS传感器的背景噪声降低至1/269, 在标准大气压和1 s积分时间下, 获得的探测灵敏度为4.5 ppb, 对应的归一化噪声等效吸收系数(1σ )为2.2×10^-8 cm^-1·W/Hz^1/2. 延长积分时间到46 s, 灵敏度能够进一步下降到0.34 ppb. 气体流速对该传感器的影响也被研究.     

基于1.6μm甲烷气体吸收线的半导体激光器频率稳定性分析

利用波长调制技术以及数字PI控制器将外腔二极管激光器（ECDL）稳定到1.6 μm处的甲烷气体吸收线上.稳定后的激光频率波动小于5.6 MHz,相对于自由运转时的160 MHz有了很大提高, 而误差信号的Allan方差均方根（即稳定度）在平均积分时间为64 s时达到最小值1.66×10－11.从理论上定性分析了频率稳定度受到的各种限制因素,最后得出本实验中频率稳定度主要受频率调制和探测器噪声限制的结论,同时给出了提高频率稳定度的方法.被稳定的激光器主要用于为甲烷气体浓度监测提供频率参考.     

甲烷气体2v3带R9支吸收线强度的精确测量

通过外腔二极管激光器洲量了甲烷位于1637．64～1637．85nm(真空中)的2v3带R9支的直接吸收谱,通过Voigt拟合计算出了每条线的吸收线强度．并与Margolis用傅里叶变换红外光谱仪测得的实验结果进行了比较,同时分析了偏差及产生的原因。实验和计算得出．在测得的八条吸收线中,最大偏差为3．9％,最小偏差为0．02％,除了线3和线4有较大偏差外．其他结果都在实验误差范围之内。所获得的数据可应用于光学遥测甲烷气体浓度。提供的方法也可应用到CO,CO2,NH3等其他气体的吸收线强度的测量中。     

光后向散射法测烟尘浓度的实验研究

设计了一套具有高灵敏度的利用光后向散射法测烟尘浓度的装置，不仅具有实时、在线、连续测量等优点，而且价格低廉、便于安装.通过理论分析获得散射光强与烟尘浓度的关系，并通过自行设计的测量装置测量了不同烟尘浓度下的散射光强，验证了理论的正确性并获得了描述后向散射光强的电信号强度与烟尘质量浓度关系的曲线.实验结果证明在烟尘浓度较低时，后向散射光强与烟尘浓度有很好的线性关系.     

Measurements of pressure induced self-broadening and frequency shift coefficients of methane R9 manifold of 2v_3 band

An external-cavity diode laser (ECDL) has been used to investigate pressure-induced self-broadening as well as frequency shift of 2v3 band R9 manifold of methane. A phase sensitivity detection technology has been employed to determine the pressure induced frequency shift coefficient, however, which is obtained by line shape analyses of the recorded absorption spectrum. F1 and F2 unresolved double lines near 6105.626 cm-1 were measured as an object because they are often used to the high sensitivity detection of trace methane. The results show that the self-broadening and pressure induced frequency shift coefficients are 0.0232±0.003 and 0.0055±　0.0007 MHz/Pa, respectively.     

Research on the distributed optical remote sensing of methane employing single laser source

A design and testing of a cost-effective distributed optical remote sensing methane system, which will help one to detect gas leaks from multi-coal face in mines simultaneously, is presented. The fundamentals of the remote detection are based on frequency-modulation spectroscopy (FMS) and harmonic detection. By utilizing fiber-optic splitting technique and reference-signal restoring circuit, the remote sensing system is feasible to employ single laser source to get multi-spot measurement in the near infrared region so that the system described here shows sufficient sensibility, considerably increased reliability and marketability over the presently available system. The minimum measurable path-integrated concentration is estimated to be about 423 ppb-m by experimentation.     

甲烷气体2ν_3带R9支吸收线强度的精确测量

通过外腔二极管激光器测量了甲烷位于 16 37.6 4～ 16 37.85nm(真空中 )的 2ν3 带R9支的直接吸收谱 ,通过Voigt拟合计算出了每条线的吸收线强度 ,并与Margolis用傅里叶变换红外光谱仪测得的实验结果进行了比较 ,同时分析了偏差及产生的原因。实验和计算得出 ,在测得的八条吸收线中 ,最大偏差为 3.9% ,最小偏差为 0 .0 2 % ,除了线 3和线 4有较大偏差外 ,其他结果都在实验误差范围之内。所获得的数据可应用于光学遥测甲烷气体浓度。提供的方法也可应用到CO ,CO2 ,NH3 等其他气体的吸收线强度的测量中。