基于高精细度光腔锁频激光的分子吸收光谱测量

利用高精细度光腔锁定激光频率,实现了对分子吸收光谱的高精度测量.光腔采用低热膨胀系数的殷钢结构设计和温度控制,实现了腔长度的稳定;通过将激光频率锁定在光腔纵模上,实现了高频率精度和高灵敏度的光腔衰荡光谱测量.利用该装置示范性地测量了二氧化碳分子在6470.42 cm~(-1)附近的光腔衰荡光谱和色散光谱,得到了高精度的谱线参数,并和数据库谱线参数进行了对比.     

双腔热解光腔衰荡光谱仪测量大气中NO2和RNO2

A two-channel thermal dissociation cavity ring down spectroscopy (CRDS) instrument has been built for in situ, real-time measurement of NO₂ and total RNO₂ (peroxy nitrates and alkyl nitrates) in ambient air, with a NO₂ detection limit of 0.10 ppbv at 1 s. A 6-day long measurement was conducted at urban site of Hefei by using the CRDS instrument with a time resolution of 3 s. A commercial molybdenum converted chemiluminescence (Mo-CL) instrument was also used for comparison. The average RNO₂ concentration in the 6 days was measured to be 1.94 ppbv. The Mo-CL instrument overestimated the NO₂ concentration by a bias of +1.69 ppbv in average, for the reason that it cannot distinguish RNO₂ from NO₂. The relative bias could be over 100% during the afternoon hours when NO₂ was low but RNO₂ was high.     

光腔衰荡光谱法测量大气中的NO3和N2O5

本文应用基于二极管激光器的双路光腔衰荡光谱技术,分别对大气中NO₃和N₂O₅浓度进行监测. 通过使用实验室标准样校正有效吸收腔长比R_L和系统的总损耗系数?,并获得了NO₃有效吸收截面. 该装置在时间分辨率为1 s时,对NO₃的测量灵敏度达到1.1 pptv,N₂O₅被在线转换成NO₃,从而被另一路光腔衰荡光谱装置探测. 利用该装置,对合肥市区冬季夜间大气中的NO₃,N₂O₅浓度进行了实时监测. 通过对比一次大气快速清洁过程中氮氧化物、臭氧、PM_2.5等组分的浓度变化,讨论了大气环境下可能影响NO₃及N₂O₅浓度的因素.     

H2SiCl2分子Si-H振动"基座"SiCl2的有效质量

用傅立叶变换光谱仪和激光腔内吸收光谱仪记录了H2 SiCl2 分子 2 0 0 0～ 90 0 0和 12 0 0 0～ 12 90 0cm-1的红外吸收光谱 .依据局域模理论的非谐性耦合非谐振子 (ACAO)模型 ,分析并拟合了Si-H的对称伸缩振动和反对称伸缩振动 ,得到描述Si-H伸缩振动的Morse离解能De、Morse振子参数α和键振子势能耦合系数frr′.分析中忽略了SiCl2 “基座”对Si-H伸缩振动的影响 ,拟合结果与实验值符合的很好 ,拟合方差小于 1cm-1,表明这一近似是可取的 .分析拟合结果表明 ,Si-H振动时“基座”SiCl2 的有效质量为 75 .     

基于半导体激光的光腔衰荡光谱装置测定水汽含量

搭建了一套基于光腔衰荡光谱技术的光学湿度计. 通过测量水分子在1.35和1.56 μm波段不同强度的吸收线,可测定水汽的相对含量,测量范围从10^-2到低至10^-12水平. 通过与商用冷镜式露点仪的对比测量,对该装置的定量精度进行了检验. 该系统所具备的高灵敏度使得水汽探测极限可达8 pptv     

固态氮气基质中CO的红外光谱

CO单体在固体N2基质中在4．5—30K范围内的红外吸收光谱．基本的拉伸模式的吸收特征显示其基质诱导峰宽和位移呈现弱的温度依赖性．随着基质的温度升高，峰宽增加并且主要峰发生红移，这可能与在N2基质中CO旋转状态转变成近似于振动状态有关．并用定量模型计算振动态之间的能量差异．     

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。     

氢分子电子基态的精密光谱

氢分子是宇宙中含量最高的中性分子,也是目前唯一的可以仅从量子电动力学和基本物理常数出发、而不需要任何有效参数就能够实现高精密计算的分子体系,其精密光谱在天文观测、检验基本物理规律方面具有重要的意义.本文回顾了氢分子电子基态精密谱的理论计算和实验研究工作,并给出了对氢同位素HD分子V=2-0谱带R(1)谱线频率的精密测定结果,其相对精度达5×10~(-10),是目前最精确的氢分子振转跃迁.通过与理论计算结果的对比,展望了氢分子精密光谱在测定质子-电子质量比等基本物理常数方面的前景.     

H2SiCl2 中 SiH 伸缩振动的泛频光谱

在2000 ～ 9000 波数 、 12000 ～12900 波数的光谱区间记录了室温下H2SiCl2气体分子的振动泛频光谱，所用的仪器分别是高分辨傅立叶变换光谱仪和高灵敏激光腔内吸收光谱仪。用局域模模型和包含达林－丹尼生共振的简正模模型，归属了SiH伸缩振动的基频和泛频，振动量子数的改变△VSiH=1, 2, 3, 4 and 6。通过对实验能级的非线性拟合，得到SiH伸缩振动的谐振频率ωm、非谐性常数χm、键间耦合系数λ、莫尔斯振子参数 De、α 和相互作用力常数 。实验发现，随着振动能量的增加，振动簇（manifold，两个SiH键的伸缩振动量子数m+n=常数 ）中能量最低的两个能级的间距逐渐减小。当△VSiH≥4时，在实验误差范围内这两个最低的振动态能级简并。这种简并的能级结构类似双原子莫尔斯振子，符合Birge-Sponer 关系。双原子莫尔斯振子直接描述了H2SiCl2分子中SiH 的高泛频伸缩振动，表明在高振动情况下振动能量已经集中到单个SiH键上。     

H2SiCl2分子Si-H振动"基座"SiCl2的有效质量

用傅立叶变换光谱仪和激光腔内吸收光谱仪记录了H2SiCl2分子2000～9000和12000～12900 cm-1的红外吸收光谱.依据局域模理论的非谐性耦合非谐振子(ACAO)模型,分析并拟合了Si-H的对称伸缩振动和反对称伸缩振动,得到描述Si-H伸缩振动的Morse离解能De 、 Morse振子参数α和键振子势能耦合系数frr′.分析中忽略了SiCl2"基座"对Si-H伸缩振动的影响,拟合结果与实验值符合的很好,拟合方差小于 1 cm-1,表明这一近似是可取的.分析拟合结果表明, Si-H振动时"基座"SiCl2的有效质量为75.