光强非线性响应下的光致热弹光谱光强修正

提出了基于光强非线性响应的光致热弹光谱光强修正方法,实现了激光光强的准确修正。控制DFB激光器工作于波长调制模式,设置激光调制频率为16369.75 Hz,通过光纤放大器增强其出射光强非线性项的幅值,光束经多次反射池后汇聚于石英音叉根部激发光热信号,采用数字锁相放大器解调得到对应的谐波信号,通过多项式拟合谐波信号背景,反演得到与浓度及光强分别对应的谐波信号。实验结果表明,当光强从22.03 mW变化至3.16 mW,谐波信号背景幅值与光强具有良好的线性关系,线性相关系数大于0.998,归一化后的谐波信号幅值波动小于0.37%。针对甲烷测量,系统在较大的浓度范围内具有良好的线性响应,谐波信号信噪比表明系统的最低检测限达0.22×10-6。该研究为光致热弹光谱的光强修正提供了一种新的方法,可有效提高LITES系统在长期测量应用中的稳定性。

基于光致热弹光谱的痕量气体传感技术研究进展

光致热弹光谱(LITES)技术在痕量气体检测领域的应用性能不断提高。主要介绍了基于不同结构吸收池的LITES痕量气体传感技术、提高系统灵敏度的各种技术手段以及LITES痕量气体传感技术的光强修正方法,并对目前LITES痕量气体传感技术的研究进展进行总结,展望了进一步提高系统检测灵敏度的方法,以期LITES痕量气体传感技术在环境监测、工业安全和生命科学等领域发挥更大的作用。

基于光致热弹光谱的硫化氢痕量气体高灵敏探测(特邀)

光致热弹光谱(LITES)技术是近年来发展迅速的一种新颖痕量气体检测技术,该技术以体积小巧、成本低廉且无波长选择性的音叉式石英晶振替代成本高、探测波段窄的光电探测器作为光电换能器,通过探测激光与目标气体相互作用后光强的变化量实现目标气体浓度的反演。LITES技术具有探测灵敏度高、响应时间短、无波长选择性等优点。本文以下水道中的硫化氢气体为测量目标,开展了基于LITES技术的痕量气体探测系统的研究。以输出波长为1.582μm的近红外连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源,采用激光器波长调制和二次谐波探测技术,首先研究了激光波长调制深度对LITES系统产生的信号幅度的影响,而后详细研究了气体压强及环境压强对装置性能的影响。此外,为进一步提升装置探测灵敏度,有效光程长度为14.5 m的Herriott多通池被装配在激光器和作为光电探测器的音叉式石英晶振之间,从而使传感器在积分时间为300 ms时,获得4.87×10^(-7)的最低探测极限,当积分时间延长至52 s时其探测灵敏度可达7.78×10^(-8)。在完成装置各项参数优化之后开展了下水道中硫化氢气体的实测研究,结果显示,该系统完全可满足下水道臭气监测分析等领域的应用需求。

基于圆柱腔的石英增强光谱传感技术研究(特邀)

设计了一种非一维共振腔的圆柱腔,利用入射声波与反射声波之间的共振增强效应来增大传感系统信号强度,并应用在面外入射的石英增强光声光谱技术(QEPAS)和石英增强光致热弹光谱技术(LITES)技术中。对添加圆柱腔前后的石英音叉摆幅和圆柱腔位置进行了理论模拟与优化。实验中,采用水汽为目标探测气体和输出波长1.395μm的半导体激光器为激发源,相比未添加圆柱腔的裸石英音叉系统,添加圆柱腔的QEPAS和LITES系统探测极限分别改善了2.32倍和1.27倍。