基于太阳吸收光谱观测大气一氧化碳柱总量

基于地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区一氧化碳(CO)垂直柱总量的变化,连续采集近红外太阳吸收光谱,获得2015年9月至2016年7月整层大气CO的垂直柱总量的时间序列。观测结果显示合肥地区大气中柱平均干空气混合比(XCO)有着明显的季节变化,在2015年10月有着较小值,然后逐渐增加,到2016年3月达到最大值,之后逐渐下降,在2016年7月底达到最小值,并分析了季节变化的原因。为了对地基近红外波段观测进行验证,采用MOPITT卫星数据和站点同一光谱仪采集的中红外光谱反演的CO柱总量与同期测量的数据进行比对。结果表明,MOPITT卫星数据与地基观测值的季节变化一致,而MOPITT观测值整体高于地基FTS观测值;近红外和中红外波段反演的CO柱总量季节变化范围一致。将地基观测和卫星观测数据进行日平均计算, 并进行相关性分析,得到的地基近红外和卫星观测、地基中红外的CO日平均柱总量的线型回归相关系数分别为0.85和0.91,显示出高的相关性,证明了地基近红外波段反演CO垂直柱总量数据的准确性。首次采用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区CO的垂直柱总量,并将得到的观测结果与卫星数据比对,得到准确的CO的垂直柱总量,为解大气CO的时空分布状况及其演变规律、追踪合肥地区CO的源汇分布提供理论依据。     

宽带腔增强吸收光谱法测量大气NO2定标方法研究

非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。以定量探测大气NO₂为目的,建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统,研究了(1)仅使用浓度已知的NO₂吸收光谱、(2)同时使用浓度已知的NO₂和纯氧气中氧气二聚体O₂-O₂吸收光谱、(3)利用纯氮气和纯氦气的瑞利散射消光差异等三种方法,分别获取非相干宽带腔增强吸收光谱在430～490 nm波段的镜片反射率定标曲线。三种方法得到的镜片反射率最大值对应波长均约为460 nm,但这些最大值存在一定差异,分别为0.999 25,0.999 33和0.999 37。利用NO₂样气吸收测量对比了三种定标方法,发现方法(1)与另外两种方法的测量结果不一致性分别约为14%和19%,而后两种方法所测结果的不一致性仅为4%。测量结果表明,NO₂标准气体浓度的不准确性以及壁损耗等因素恶化了方法(1)的定标精度,应尽量避免使用该定标方法。通过对实际大气中NO₂和O₂-O₂在440～485 nm波段内的同时测量,进一步验证了非相干宽带腔增强吸收光谱法的高灵敏度以及所用标定方法的有效性。     

质子转移反应质谱的建立与性能研究

报道了自行研制的质子转移反应质谱的基本结构和性能。利用水蒸气辉光放电产生了反应离子H3O ,以合成空气为反应气体,测量了H3O 与合成空气中的水反应产生的团簇离子H3O (H2O)n的质谱。实验发现,当漂移管电场与分子密度比值为144Td时,增加的离子能量可以阻止团簇离子H3O (H2O)n的形成,质谱观察到的离子主要是H3O ,其纯度可达99%以上,这时H3O 与有机物分子如甲苯的质子转移反应的产物离子也呈单一形式,团簇离子得到很好地抑制。根据离子强度和离子反应时间等参数,获得了PTR-MS目前的检出限为10-8(V/V)。利用PTR-MS对标准浓度甲苯及其稀释气体进行检测,表明PTR-MS在线定量检测准确性良好,线性动态范围跨越3个数量级,能够应用于大气中痕量挥发性有机物的实时在线测量。     

傅里叶变换红外光谱测量热气体温度新方法初步研究

详细地讨论了分子转振光谱理论,总结了影响分子转振光谱结构和强度分布的因素,得知各谱线相对光谱强度(即归一化光谱)只与温度有关,其分布结构与温度一一对应。根据这种特性,文章提出了一种利用傅里叶变换红外光谱测量热气体温度的新方法。从HITRAN标准数据库中提取数据建立了一个测温数据库,并用4个不同温度的实测光谱数据对建立的测温数据库进行定标和检验。用定标后的测温数据库所得的测量温度与实测温度吻合得非常好。与目前常用的两种遥感测温方法(分子发射基带最大强度光谱测温法,分子转振光谱测温法)相比,该方法的优点是：物理过程简单,容易计算,精度高,是一种简单实用的方法。     

逐线积分气体吸收模型及其在NDIR气体检测中的应用

介绍了一种精确的逐线积分痕量气体吸收模型,模型适用于中红外波段大气环境中痕量气体、污染气体检测的理论研究和工程应用。首先介绍了气体辐射特性的理论计算方法和现有逐线积分大气模 型,比较了各自的优劣性,其次详述了逐线积分计算的理论: 吸收系数是温度、波长、气体浓度和相关吸收线参数的函数,单条谱线的平均吸收系数是积分线强与谱线线型的卷积,在不同的大气条件下选 择不同的线型。最后,详细描述了模型的算法细节,并给出了模型计算的结果与傅里叶变换光谱仪实测数据的对比,举例介绍了吸收模型在NDIR气体探测技术中的实际应用,并使用该模型模拟了NDIR探 测器两个通道的信号强度随尾气中CO₂,CO浓度变化的关系,通过计算确定了NDIR探测器合适的工作范围。所述模型利用HITRAN光谱数据库,考虑了展宽、线翼截断、温度修正、光谱分辨 率变化等情况,可以有效的模拟大气环境中多种气体的红外吸收特征。     

纳秒强激光中乙腈团簇增强的高价电离研究

利用脉宽为25 ns的脉冲Nd∶YAG 1 064 nm的激光,在1010～1011 W·cm-2的强度下,用飞行时间质谱对乙腈分子束激光电离过程进行了研究。实验中利 用氦气作为载气,乙腈分子束采用扩散和脉冲两种方式进样,当扩散束进样时,乙腈分子的谱峰可用多光子电离来解释,而当脉冲分子束进样时,实验中产生了外层价电子高剥离的Nq+ (q=2～5) 和Cq+(q=1～4)信号谱。实验中同时发现,激光波长增大时,高价离子的谱强度也趋向于增大。激光延迟及谱峰的相关性分析表明,这些高价离子可能来源于乙腈团簇的库仑爆炸 过程。提出一个多光子电离引发,逆韧致吸收加热-电子碰撞电离模型来解释高价离子的产生,对高价离子伴随的波长效应也给出了较为合理的解释。     

La掺杂对用于空间激光通信的掺铒光纤辐射损伤效应的影响

为验证La掺杂对于掺铒光纤抗辐照性能的影响，采用La掺杂光纤与无La掺杂光纤进行光纤辐照实验。使用⁶⁰Co辐照源在常温下对光纤进行累积剂量100 krad，剂量率6.17 rad/s的辐照实验。结果发现，La掺杂光纤在1 200 nm处损耗为0.030 67 dB(km·krad)，相比于无La掺杂光纤0.039 53 dB(km·krad)更低，且La掺杂光纤在辐照环境下的增益变化更小。通过光纤吸收谱和EPR谱辐照前后的对比，确定了Al-OHC缺陷为影响光纤辐致损耗的关键因素。La掺杂可以在一定程度上代替Al作为Er离子的分散剂从而增强光纤的抗辐照能力，且La掺杂对光纤的增益性能不会产生负面影响。该研究可为后续特种光纤在空间应用中的抗辐射加固设计提供参考。