光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展

阐述了腔衰荡光谱技术的基本原理及应用;从结构设计的角度考虑,归纳出光纤衰荡腔的三种基本结构,并对光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展进行了评述;报道了我们采用脉冲光纤环衰荡光谱技术进行液体检测取得的最新进展;在总结光纤腔衰荡光谱技术优点的基础上,展望了其发展前景.     

光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展

阐述了腔衰荡光谱技术的基本原理及应用;从结构设计的角度考虑,归纳出光纤衰荡腔的三种基本结构,并对光纤腔衰荡光谱技术及其最新进展进行了评述;报道了我们采用脉冲光纤环衰荡光谱技术进行液体检测取得的最新进展;在总结光纤腔衰荡光谱技术优点的基础上,展望了其发展前景。     

腔衰荡吸收测量中光源线宽影响研究

分析了腔衰荡吸收测量中激光线宽对实验结果的影响和单指数近似的适用范围，提出了衰荡曲线的多项式普适拟合公式。数值模型结果显示吸收较强时多项式拟合可以明显提高测量准确度，从而提高腔衰荡吸收测量的动态范围。     

光腔衰荡技术与高灵敏吸收探测

腔衰荡光谱技术是一种新兴的主灵敏吸收光谱探测技术,已经被广泛地应用于原子、分子、团簇等吸收光谱的测量,且可实现10^-6－10^-14cm^-1量级吸收的测量,文章综述了腔衰荡光谱技术的发展及在吸收光谱探测上的应用。     

Ba原子6s6p1P1←6s6s1S0跃迁的光腔衰荡光谱

建立了一套光腔衰荡原子束吸收光谱测量装置,并对Ba原子的6s6p¹P₁←6s6s¹S₀吸收谱线用光腔衰荡光谱方法进行了测量,得到了Ba原子在553.548nm不同温度下的吸收谱线线型.实验结果表明,该装置测量吸收灵敏度达到6×10^-7. 关键词： 光腔衰荡 吸收光谱 Ba原子     

阈值电路特性对腔衰荡光谱测量影响的实验研究

腔衰荡光谱技术(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,被广泛应用于镜片反射率测量、光谱分析以及痕量气体检测等研究领域。首先从理论上描述了CRDS技术的实验原理,然后基于555定时器自行设计了一种可应用于CRDS技术的阈值电路,并通过实验进行了验证。为了优化阈值电路的性能,研究了不同输入阻抗及容抗下阈值电路对衰荡事件测量的影响。通过直接接入不同值的电容与电阻,发现输入电容越大,输入阻抗越小,对衰荡事件的测量影响越大,尤其当阈值电路输入电阻小于50 Ω时,衰荡事件的线型严重扭曲。对不同输入电阻与输入电容时C₂H₂气体在6 531.780 5 cm-1处的吸收信号进行了采集与分析,发现输入电容与输入电阻的改变对测量结果有很大的影响,得到的吸收信号会失真,甚至无法进行拟合。最终给出了阈值电路的最佳设计方案,在阈值电路的设计中选取的输入阻抗越大越好,最小要在100 Ω以上,选取的容抗越小越好,最好低于1 nF,同时要保证阈值电路的时间常数远小于衰荡时间。该研究对于CRDS技术应用过程中阈值电路的设计具有重要的参考价值。     

CO2/CO干扰下基于腔衰荡吸收光谱的痕量H2S浓度测量

H₂S作为一种有毒且腐蚀性较强的气体污染物,实现其浓度的准确测量意义重大.实际工业过程中,H₂S测量常受其他排放产物的干扰,本文基于腔衰荡吸收光谱技术(CRDS)通过扫描6336—6339 cm^-1范围内的吸收光谱,实现了H₂S/CO₂/CO三组分物质浓度的同步测量,为实际工业过程中物质干扰下的H₂S浓度测量提供新思路.首先,对不同采样长度下提取衰荡时间的准确性进行分析,发现衰荡信号的采样长度约为衰荡时间的8倍时,衰荡时间提取效果最好;通过不同压力对比实验确定最佳实验压力工况为50 kPa,并将最佳采样长度与压力工况应用于H₂S浓度测量.随后,改变H₂S浓度对CO₂/CO干扰下系统对痕量H₂S浓度的测量效果进行检验,并对不同稀释比例下浓度测量结果的线性度进行分析.最后,对本文CRDS系统的检测限进行分析,通过对4组低浓度H₂S光谱的信噪比进行分析,...     

Ba原子吸收系数的光腔衰荡光谱测量

建立了一套脉冲激光腔衰荡光谱实验装置,并将光腔衰荡光谱技术用于原子束吸收光谱的测量,得到了Ba原子的6s6p^1P1←6s6s^1S0吸收线,进一步得出Ba原子在553．548nm附近的吸收系数,同时对吸收系数与原子炉温度的关系进行了分析,得到了较好的实验结果。     

光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术测量腔镜高反射率的对比研究(英文)

基于半导体激光器的光反馈效应,提出了光反馈光腔衰荡技术用于测量腔镜的高反射率。相对于没有光反馈的情况,光腔衰荡信号振幅提高了两个数量级,从而大大提高了高反射率测量精度。在四个衰荡腔长采用光反馈光腔衰荡技术测量得到的腔镜反射率非常一致,统计平均值为99.9356±0.0008%。通过实验比较了光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术。结果表明,光反馈光腔衰荡技术的测量精度比脉冲光腔衰荡技术高。     

连续波腔衰荡光谱技术中模式筛选的数值方法

连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量中多模衰荡的产生是严重影响痕量气体测量灵敏度的重要因素.本文针对衰荡腔内无光阑或光阑滤模不彻底的CRDS装置,通过分析腔误调时的能量耦合规律以及受关断时间影响的衰荡过程,提出阈值选择和拟合度判定两种非光阑模式筛选方法,利用数值方法达到抑制多模衰荡及筛选基模衰荡(优衰荡)的目的.首先对CW-CRDS实验中平均采样和单次采样模式下出现的多种衰荡类型进行了归纳分析,发现可以通过单次采样数据预测多次采样的测量结果,实验结果与预期一致.解决了CRDS实验"平均"和"拟合"的先后顺序问题.在此基础上,利用优衰荡出现概率满足二项分布模型的特性,建立了优衰荡出现频率随触发阈值变化的概率模型,用于选择合适的触发阈值.实验表明提升触发阈值可以有效地抑制多模衰荡,使测量灵敏度提升约一个数量级.随着触发阈值的提升,通过优衰荡得到的Allan方差将趋于一个定值,但是衰荡过程获取时间将逐渐延长.因此,在CW-CRDS检测中触发阈值应设置在保证全部衰荡过程均为优衰荡的最小阈值处.之后,采用拟合度判定法对实验数据进行了筛选.最后给出了两种方法的适用范围,拟合度判定法虽然简单但局限性较大,阈值选择法可适用于腔误调程度不严重的情况.     

光腔衰荡光谱方法探测痕量一氧化碳气体

基于通讯波段的分布式反馈半导体激光器(DFB),搭建了一套光腔衰荡光谱仪(CRDS)。衰荡光腔由一对反射率高于99.997%的高反镜组成,衰荡腔长约为130 cm,空腔衰荡时间约为150 μs。当光谱平均次数达到1 000次时,光谱仪灵敏度(最小可探测吸收系数)达到5×10-12 cm-1。利用热隔绝的方式稳定衰荡腔长,并使用衰荡光腔自身作为光学标准具,来标定光谱的频率：利用反馈式光谱扫描程序步进改变激光器频率,使之与衰荡腔的纵模频率逐一匹配,从而实现所测得光谱的自动标定。通过测量一氧化碳分子在1.565 μm附近的吸收光谱,测定气体中一氧化碳的含量。将光谱测量结果和标准样品中的一氧化碳含量进行对比,对装置的定量精度进行了检验,表明其对一氧化碳的探测极限达4 ppbv。利用该装置对实际大气中一氧化碳的含量进行了实时监测。     

基于扫描激光的腔增强吸收光谱研究

介绍了一种建立在半导体激光扫描基础上的腔增强吸收光谱技术。简要介绍了从衰荡吸收光谱技术向腔增强吸收光谱的发展及腔增强吸收光谱的实验装置,实验证明能够将 DFB 型半导体激光与高精密光学谐振腔相结合,用简单的实验装置进行高灵敏、高分辨直接吸收光谱测量。实验中,激光器的输出波长用一台波长计精确测量,当激光器的输出频率与某一腔模的频率共振时,激光被耦合到一个用两块高反射率平凹透镜(在 1.572μm 附近,R~0.994)组成的 34cm 长的高精密光学谐振腔,通过测量激光透过谐振腔后的光强,得到了二氧化碳分子在6358.654cm-1附近的吸收光谱,探测灵敏度达到了 1.2×10-5cm-1。     

激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列(Ⅳ)激光光谱学方法测量大气中OH自由基

OH自由基是大气中起核心作用的一种微量成分，其定量测量一直是环境化学研究的一个难点，激光光谱学方法由于其诸多优点而在这一领域有着较为成功的应用，文章综述了其中最重要的三种：激光诱导荧光法，长程光吸收法和衰荡光谱法。     

腔内回旋衰减——一种新的超高灵敏吸收光谱技术

腔内回旋衰减是最近发展起来的一种新的超高灵敏吸收光谱技术，关于这方面的研究现已成为国际上光谱学领域研究的一个热点。文章结合自己的工作，综述了目前国际上腔内回旋衰减技术的现状及所取得的一些进展。     

Design and analysis of electroabsorptive quantum well based double ring resonators for wavelength switching applications

We propose and present the design and analysis of a new double ring resonator structure for switching applications. The structure is based on the use of quantum wells that act as the active light guiding medium. The proposed ring resonator structure can be turned on or off by varying the absorption in the rings through external applied voltages. The absorption spectra are calculated for various quantum well designs using a simple model to predict the switching characteristics of double ring resonator structure. Simulation results show that amount of switching is a strong function of absorption, and is critically dependent on quantum well parameters and the applied electric field.     

任意球面元件的超高反射率测量方法

为了实现任意球面元件的超高反射率测量,提出直腔和折叠腔两种光腔结构,以实现0,10,15和30等不同角度下球面元件的超高反射率测量。详细分析了这两种测量方式,根据光束传输变换公式,推导了任意球面元件在测量中引入的衰荡光腔物理腔长的变化,得到了实验测量中腔长调节指导。并根据光腔衰荡法原理,推导了球面元件在超高反射率测量中的通用数学表达式,对测量公式进行了讨论,分析结果扩展了光腔衰荡法在元件超高反射率测量的使用范围。     

Modeling of integrated extended cavity InP/InGaAsP semiconductor modelocked ring lasers

In this paper a model and simulation results of integrated semiconductor passively modelocked ring lasers are presented. The model includes nonlinear effects such as two-photon absorption and a non-linear refractive index, a logarithmic gain-carrier relation, and concentration dependent radiative and non-radiative carrier recombination rates. The optical bandwidth of the system is controlled by a digital filter. The model has been used to simulate two geometries of ring modelocked lasers. The first is a symmetric design, where the two counter propagating pulses in the cavity experience the same amplification and absorption. The second is an asymmetric design where the differences for the two directions of pulse propagation are maximised. Simulation results show that a symmetrical cavity shows a several times wider window for its operating parameters for stable modelocking.     

Cavity ring down absorption at low temperatures: C–H spectra (Δυ = 1–6) of CH3D and C–H overtones (Δυ = 5, 6) of CH2D2 and CH4

The spectra of the C–H stretch fundamental and overtones (Δυ = 1–6) of CH₃D have been recorded. Absorptions in the visible were obtained with a phase shift cavity ring down technique where an optical cavity is inside a low temperature cryostat. Absorptions below 12,000 cm^?1 were observed with a Fourier transform spectrophotometer. The local mode harmonic frequency and anharmonicity were obtained and used with the harmonically coupled anharmonic oscillator (HCAO) model to calculate energy levels and assign the absorption bands to particular transitions. Overtone absorptions (Δυ = 5 and 6) of CH₄ and CH₂D₂ have also been obtained. The integrated absorption was calculated as a function of the density of the gas samples and used to obtain the band strength and the cross- section of the Δυ = 5 and 6 C–H transitions for each molecule. Cross–sections for CH₄ agree within 10% with traditional absorption measurements with a multiple pass cell at high pressures. The importance of the new experimental technique is emphasized for laboratory studies of planetary atmospheres.     

Stabilization of a steady state in oscillators coupled by a digital delayed connection

We propose the mapping of polynomial of degree 2S constructed as a linear combination of powers of spin-S (for simplicity, we called as spin-S polynomial) onto spin-crossover state. The spin-S polynomial in general can be projected onto non-symmetric degenerated spin up (high-spin) and spin down (low-spin) momenta. The total number of mapping for each general spin-S is given by 2(2^2S ? 1). As an application of this mapping, we consider a general non-bilinear spin-S Ising model which can be transformed onto spin-crossover described by Wajnflasz model. Using a further transformation we obtain the partition function of the effective spin-1/2 Ising model, making a suitable mapping the non-symmetric contribution leads us to a spin-1/2 Ising model with a fixed external magnetic field, which in general cannot be solved exactly. However, for a particular case of non-bilinear spin-S Ising model could become equivalent to an exactly solvable Ising model. The transformed Ising model exhibits a residual entropy, then it should be understood also as a frustrated spin model, due to competing parameters coupling of the non-bilinear spin-S Ising model.     

Methylamine-sodium thiocyanate vapour absorption refrigeration

The performance characteristics of the methylamine-sodium thiocyanate vapour absorption refrigeration system have been analysed. The thermodynamic properties of the binary fluid have been expressed in polynomial equations. The thermal efficiency of this system has been compared with ammonia-water and ammonia-sodium thiocyanate absorption cycles. It has been observed that this mixture has a higher coefficient of performance.