珐珀解调的石英增强光声光谱气体探测系统

提出一种珐珀解调,适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。基于石英增强光声光谱系统,采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式,通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。构建了实验系统,在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1.W.Hz-1/2。结果表明,该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。该系统具有极强的抗电磁干扰能力、能够用于易燃易爆气体检测、适用于高温、高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、组网探测。

基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究

针对传统石英增强光声光谱系统存在体积大、实时性差,无法在狭小空间中探测等缺点,提出一种基于光纤引导方式的开放光路石英增强光声光谱传感系统。该系统用光纤将激光引导至石英音叉两叉指中央,以实现对狭小空间中痕量气体的探测。搭建了实验系统,开展了对常温常压下空气中水蒸气含量的探测来验证该系统的灵敏度及可靠性。得到其归一化噪声系数为7.15×10-7cm-1.W/Hz1/2。实验结果表明,该系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱系统的5倍。该系统体积小、实时性强、无需样本取样,适用于开放环境中对痕量气体的检测。

基于第一性原理计算的掺杂柔性黑硅吸收光谱特性分析

针对宽波段微型光谱仪缺乏宽波段柔性探测器这一难题，提出了一种在紫外-可见-近红外波段内具有高吸收效率的掺杂柔性黑硅作为探测器吸光材料。首先，基于第一性原理计算了S和F元素掺杂后柔性黑硅的电子结构、能带结构和紫外-可见-近红外波段的光学吸收特性，得到了不同元素及浓度掺杂时，柔性黑硅的光学吸收系数。其次，将第一性原理计算结果与时域有限差分算法相结合，建立了柔性黑硅的吸收光谱模型。结果表明，掺入S和F元素后柔性黑硅的能带带隙均减小，吸收截止波长发生红移，且掺杂浓度越高，光学吸收系数越大。在1500 nm波长处，50％浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5％浓度的S元素掺杂黑硅的吸光系数的8.3倍，50％浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数是1.5％浓度的F元素掺杂黑硅的吸光系数的3倍。在相同掺杂条件下，表面具有小尺寸微结构的柔性黑硅在近红外波段具有最高的吸收效率。最后，测试了制作的柔性黑硅样品，其吸光效率在紫外-可见波段高于95％，在近红外波段为70％～80％。

全光式QEPAS系统光声信号检测方法研究

为了提高全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)珐珀解调系统的微弱信号检测能力,设计了一种基于MAX274的有源带通滤波电路和基于AD620的前置放大电路对信号进行预处理,同时利用LabVIEW设计了正交矢量型数字锁相技术的信号处理模块。实验结果表明,该方法能从强背景噪声中获得比较微弱的光声信号,在常温常压下对空气中的水汽含量进行探测,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.37×10-6 cm-1 W/Hz1/2。该方法具有结构简单、价格低廉、便于操作和控制、实用性强等特点。

全光式石英增强光声光谱系统光纤法珀解调技术研究

基于光纤法珀工作点稳定技术提出了一种适用于全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)探测技术的光纤法珀解调系统。利用可调谐光纤激光器作为探测光源,采用法珀干涉光强的直流信号作为误差反馈信号,将工作点锁定在正交相位点上,提高光纤法珀系统的稳定性,从而提高了光声信号探测的准确性。将其应用于全光式石英增强型光声光谱气体探测系统,并在开放环境中完成了对水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.81×10-7W(cm·Hz)。实验结果表明,相比于一般的全光式石英增强型光声光谱系统,该方法的探测灵敏度提高了1.2倍。