光声池径向共振模式耦合系数理论分析

光声光谱法是基于红外吸收光谱原理的一种高灵敏度的微量气体探测技术。它使用声共振腔来实现微弱声信号的共振放大。通过调节激光的调制频率,当它等于腔的某个共振频率时,在腔内形成声驻波,而腔本身的作用相当于一声放大器。共振腔的放大作用取决于当前被激活的共振模式、腔的品质因素、声传感器的状态以及电磁辐射与腔共振模式的耦合作用。值得关注的是,红外激光相对于声共振腔的入射方位不同则激励产生的光声信号幅值也不同。采用理论推导与数值计算相结合的方法,以圆柱形光声池为例,研究了径向共振模式下耦合系数受激光入射方位的影响。研究表明,激光入射角在0~π/2范围变化时耦合系数存在2个零点和2个极大值:入射角为0或tan-1(0.859 2×2R/L)时,耦合系数为零而径向共振失效;入射角为tan-1(0.556 8×2R/L)或tan-1(2R/L)时,耦合系数极大而径向共振最强。此处R为池径而L为池长。结果可用于指导光声池结构优化设计与安装调试,增强光声法检测微量气体的信号幅值,提高检测灵敏度。     

高浓度气体共振光声光谱信号饱和特性研究

采用恒流驱动耦合机械斩波技术在激光光声光谱装置上系统测量了5%—100%宽浓度范围甲烷气体的共振光声信号,发现在高浓度区共振光声信号呈现异常的饱和特征.基于气体吸收和光声光谱原理定量分析了光声信号饱和的主要原因及影响因素,研究表明,气体样本对入射光强吸收而导致的声源与本征共振模式的耦合系数改变是异常饱和的主要原因,并导出判定光声信号饱和深度的准则以用于判定高浓度气体饱和深度。     

基于光声光谱技术的1.5 μm波段 NH3吸收谱线测量与分析

NH₃的检测具有广泛的应用,采用光声法检测NH₃是当前研究的热点,而确定NH₃的吸收谱线则是实现光声法检测NH₃的前提。采用外腔可调谐半导体激光器构造了光声气体检测系统,检测了NH₃的近红外吸收谱线,获得了常温常压下NH₃在1 515~1 532 nm范围内的吸收光谱。实验确认了NH₃在1 515.2,1 516.0,1 518.0,1 519.9,1 522.4,1 527.0,1 531.7 nm处存在强吸收。HITRAN 2004光谱数据库在近红外1.5 μm波段NH₃的吸收谱线数据未见报道,该结果为研究光声法检测NH₃提供了更多可选择的吸收谱线。