甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究

介绍了一种基于1.653μm分布反馈式(DFB)半导体激光器的共振光声光谱系统。该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点。对光声光谱系统的响应特性进行了实验研究,对光声光谱系统进行振幅调制和波长调制两种方法进行了实验对比研究。并用此系统对室外空气中的甲烷(CH_4)进行了测量,探测灵敏度可达100 ppbv。

基于柱面镜光学多通池的CH_4高灵敏度探测

光学多通池被广泛应用于吸收光谱气体检测中,用来增加吸收光程,提高探测灵敏度。提出了一种由两块圆型柱面镜构成的光学多通池,其结构紧凑,镜面有效利用率高,相比传统相同基长的多通池可实现的光程有很大的增加。通过调节前后两柱面镜的间距和相对旋转角度,可得到不同的光斑分布,实现不同的光程。实验中使用1.653μm的分布反馈式二极管激光器作为光源,采用直接吸收光谱方法对CH4气体进行了探测,在气体有效吸收光程为13.8 m的情况下,检测极限达到了0.68μmol/mol,并利用该系统实现了大气中的CH4探测。

高精细度光学反馈腔衰荡光谱技术

针对温室气体CH_(4)的高灵敏探测需求,提出了高精细度光学反馈腔衰荡光谱技术,研究了光学反馈对腔模信号的影响、系统的灵敏度以及光谱扫描法。在精细度大于100000的V型谐振腔上实现了光学反馈腔衰荡光谱技术,对比了有/无光反馈时腔模信号的差别,验证了光反馈效应可以提高激光到腔的耦合效率。发展了固定腔长的光反馈检测技术,将腔的自由光谱范围FSR用作光谱相对频率标尺,基于HITRAN数据库中两条吸收谱线的绝对波长和测量到的相对位置进行对比分析,得到腔的FSR为0.0042 cm^(-1)。然后,运用allan方差分析了系统的检测能力,测得系统的噪声等效吸收系数为1.1×10^(-10)cm^(-1)Hz^(-1/2),当积分时间为4.7 s时,系统灵敏度为8×10^(-11)cm^(-1)。最后,提出了连续电压扫描的激光器频率控制扫描方法,用1.5×10^(-6)的标气对该方法进行了验证,得到测量精度为6.8×10^(-9)。该方法在仪器工程化方面极具潜力。