基于剩余幅度调制技术对强吸收下气体体积分数的测量研究

在可调谐半导体激光吸收光谱技术中,可利用剩余幅度调制信号实现对气体参数的免标定测量。然而现有RAM方法均需做弱吸收假设和简化,同时引入复杂的修正函数以提取完整的透射率信号用于气体浓度反演。针对此问题,建立了适用于任意吸光度和调制系数下的傅里叶光谱吸收模型,提出了直接对背景信号归一化的一次谐波Y分量进行拟合的免标定算法,减少了重建吸光度引入修正函数的过程。使用CH4为目标气体进行实验,体积分数计算的相对误差小于2%,标准偏差均小于4×10-2%,验证了该方法的可行性。

电光相位调制器中剩余幅度调制变化的抑制

实验研究了电光相位调制中剩余幅度调制以及它的变化引起的碘稳频532 nm光频标的频率漂移。观测了电光晶体温度与剩余幅度调制和光频标锁定后激光频率之间的变化关系。研究了利用主动电压反馈抑制剩余幅度调制的实际效果和存在问题。提出并实现了采用主动温度反馈控制电光晶体温度对剩余幅度调制变化的抑制。实验表明,在主动温度反馈系统闭环后,剩余幅度调制基波成分的抑制程度超过40 dB,同时有效地控制了剩余幅度调制的变化。采用该系统后,没有发现产生附加的激光频率起伏。测量的百秒至万秒取样时间的激光频率稳定度可达到或优于5×10-15,明显地改善了碘稳频532 nm光频标的中长期激光频率稳定度。

多频率合成主动抑制激光稳频的剩余幅度调制

宽带波导型电光调制器(EOM)可以施加多个频率射频信号,通过3个频率的合成,在激光载波上调制出3对边带。利用这3对边带某一侧的3个频率信号进行Pound-Drever-Hall(PDH)频率锁定实验,通过调整其中某一个频率信号的相位,可以实现对频率锁定误差信号基线的调整。频率锁定系统中的剩余幅度调制(RAM)噪声同样造成误差信号基线的漂移,通过主动反馈控制系统调制频率信号的相位,实现了对剩余幅度调制噪声的抑制。实验表明,在主动反馈系统闭环后,对剩余幅度调制噪声的抑制程度达到30 d B以上,并有效地抑制了噪声漂移。

利用法布里-珀罗腔抑制电光相位调制中的剩余幅度调制

激光经电光相位调制后,由于剩余幅度调制的存在造成调制边带幅度不相等。利用法布里-珀罗腔的透射特性和Pound-Drever-Hall技术对通过法布里-珀罗腔的调制光正、负一级边带的幅度产生不同的衰减,使得调制边带的幅度相等,从而实现对电光相位调制中剩余幅度调制的抑制。采用该方法,理论上计算了调制光经法布里-珀罗腔后的光外差光谱信号,获得锁定法布里-珀罗腔后调制边带幅度的不对称度较腔锁定前减小四个数量级。实验研究了调制光经法布里-珀罗腔透射的光外差光谱,结果表明将法布里-珀罗腔锁定于该透射光外差光谱中心零位时,对剩余幅度调制的抑制程度可达45 dB。

应用于边带调制PDH激光稳频的信号源设计

基于直接数字频率合成芯片AD9959、锁相环芯片ADF4351,结合开源电子平台Arduino(基于微处理器ATmega328),建立参考到同一个外部频率参考的多路信号源,能够输出频率为0 Hz^4.4 GHz的正弦波,频率、相位、幅度可以通过USB端口和控制面板灵活控制,通过混频和叠加等手段,产生边带调制PDH激光稳频需要的调制信号和解调信号。该信号源集成度高、成本低且能在实验室条件下替代商品仪器应用于边带调制PDH激光稳频等实验,解决了限制边带调制PDH激光稳频推广应用的一个重要障碍。

激光束相位调制法测晶体的线膨胀系数

利用了激光束进行相位调制的同时还存在剩余幅度调制。理论上采用了多光程理论模型计算出正负一级调制边带的幅度周期性起伏随晶体长度的变化关系,实验上观测了调制信号幅度周期性起伏随晶体温度的变化关系。理论和实验相结合精确地测出了晶体的热膨胀系数为4.328×10-7m/℃。通过精确测量晶体的热膨胀系数,对于晶体材料的选择及其精密加工等方面有着重要的指导意义。

基于激光吸收光谱技术天然气管道泄漏定量遥测方法的研究

报道了基于激光吸收光谱学原理的天然气管道泄漏移动遥测技术,通过模拟天然气泄漏实验,分析了移动遥测的关键技术问题.为了定量遥测天然气管道微量泄漏,引入一个和剩余幅度调制(RAM)等值反相的信号对偏差进行补偿,降低RAM对谐波信号的影响,提高系统检测灵敏度.针对遥测回波吸收光谱特征,提出了改进软阈值小波去噪法,就提高系统信噪比而言,比传统软阈值去噪法高2倍多,同时对二次谐波(2f)信号形状也有很好的保留,通过探测限计算,系统移动遥测灵敏度达到80 ppm/m.