基于共軛干涉濾波的光學氣體傳感方法的研究.pdf

1、光學氣體檢測在環(huán)境污染、工業(yè)過程控制、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域應(yīng)用較廣?；诠庾V吸收的氣體檢測技術(shù)是通過檢測樣氣透射光強的變化來實現(xiàn)氣體濃度的測量。與傳統(tǒng)方式相比，該技術(shù)具有高精度、低交叉敏感、快速響應(yīng)，易于成網(wǎng)等優(yōu)點。其中窄帶光譜吸收技術(shù)采用低成本的寬帶光源，且可以利用濾波器選擇不同的吸收峰實現(xiàn)不同氣體的檢測，具有非常好的工業(yè)應(yīng)用潛質(zhì)。
　　本文提出了基于共軛干涉濾波的光學氣體傳感方法，該方法是利用光譜吸收和雙光束干涉，實現(xiàn)了共軛干涉濾波

2、器，該濾波器能通過對應(yīng)吸收氣體吸收光譜的光，而反射其他波長的光，從而獲得與氣體吸收譜線反轉(zhuǎn)的梳狀光譜。由于氣體吸收譜線本質(zhì)穩(wěn)定的特性，濾波器將輸出穩(wěn)頻的梳狀光譜，并且通過更換濾波器中氣體種類能輸出對應(yīng)氣體的輸出光譜。該方法能有效的壓縮寬帶光源的譜寬，大大提高氣體檢測靈敏度，且能解決氣體檢測中選擇光源的問題。
　　首先，以分子光譜理論、比爾朗伯定律為基礎(chǔ)，分析了氣體吸收線的譜線(線型、線寬、展寬)等理論，研究了基于光譜吸收的氣體濃度

3、檢測技術(shù)。根據(jù)HITRAN數(shù)據(jù)庫以及傅里葉紅外光譜儀對氣體吸收譜線的相關(guān)參數(shù)進行了確定。研究了溫度、壓力等因素對譜線展寬以及吸收系數(shù)的影響，為選擇濾波器的物理參數(shù)提供了理論依據(jù)。
　　其次，研究了共軛干涉式濾波器π相移實現(xiàn)方法的研究。通過對共軛干涉式濾波器結(jié)構(gòu)的設(shè)計、比較以及討論，確定其結(jié)構(gòu)。并通過對輸出光強的仿真、實驗比較對濾波器參數(shù)進行確定，從而最終能輸出穩(wěn)定的π相移濾波輸出。
　　再次，研究了基于共軛干涉式濾波器的窄帶

4、穩(wěn)定輸出光源，包括線性腔單波長、多波長窄帶光源，以及基于光纖環(huán)形腔的單波長、多波長窄帶輸出光源。該窄帶光源的輸出光能完全對應(yīng)氣體吸收峰的窄線寬以及中心波長，光強穩(wěn)定，能有效的應(yīng)用在（多）氣體濃度檢測上。
　　最后，本文基于差分檢測方案以及共軛干涉式濾波器的穩(wěn)頻輸出光構(gòu)建了單一氣體檢測系統(tǒng)以及多氣體檢測系統(tǒng)。對系統(tǒng)中的窄帶光源、吸收氣室、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵器件以及關(guān)鍵技術(shù)進行分析。并設(shè)計了一種基于光纖空芯光子晶體光纖的氣室結(jié)構(gòu)，給低損耗