腔增強(qiáng)二極管激光關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)研究.pdf

1、全球環(huán)境的日益惡化，嚴(yán)重影響了人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，世界各個(gè)國(guó)家積極采取辦法應(yīng)對(duì)，不僅要遏制污染源的排放，更要加強(qiáng)對(duì)于污染氣體的檢測(cè)工作。檢測(cè)污染氣體的方法主要包括化學(xué)方法和光學(xué)方法。由于化學(xué)方法的測(cè)量范圍小，反應(yīng)慢，不能直接深入檢測(cè)污染氣體等缺點(diǎn)，越來越多的國(guó)家和企業(yè)采用光學(xué)檢測(cè)辦法。為了提高測(cè)量精度，降低檢測(cè)成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，我們將采用腔增強(qiáng)技術(shù)和關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)相結(jié)合的辦法，利用廉價(jià)的多模半導(dǎo)體激光器作為光源，開創(chuàng)一種新的檢測(cè)技術(shù)

2、。本文通過對(duì)空氣中氧氣的檢測(cè)驗(yàn)證了這種新技術(shù)的可行性，并且從理論上給予了證明。
　　本文首先介紹了腔增強(qiáng)二極管激光關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的基本原理，并且給出了具體的檢測(cè)氣體濃度的表達(dá)式，分析了可延長(zhǎng)倍數(shù)以及最小可探測(cè)靈敏度。考慮了在空氣中氣體檢測(cè)的線型展寬問題，以及各種線型展寬對(duì)應(yīng)的具體表達(dá)式，為后期處理吸收信號(hào)以及相應(yīng)的理論模擬提供了理論指導(dǎo)。
　　通過實(shí)驗(yàn)光路的搭建與設(shè)備參數(shù)的調(diào)節(jié)，選擇最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。采用正軸和

3、離軸兩種檢測(cè)方案，對(duì)于如何消除干涉進(jìn)行了多種辦法的嘗試。由于空氣中氧氣濃度比較大，會(huì)出現(xiàn)吸收飽和等現(xiàn)象，所以在測(cè)量過程中，通過控制腔長(zhǎng)，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，并且利用吸收信號(hào)與腔長(zhǎng)的線性關(guān)系，推得腔長(zhǎng)為40 cm時(shí)的直接吸收信號(hào)最小可探測(cè)靈敏度為188 ppm，而采用波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)可以使我們的最小可探測(cè)靈敏度達(dá)到22 ppm。
　　本文還對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理采用不同的方法，驗(yàn)證哪種辦法更加貼合理論數(shù)據(jù)。通過對(duì)無吸收基線光強(qiáng)信號(hào)的采集與處理

4、，開發(fā)了基于無吸收信號(hào)與吸收線型相結(jié)合的基線擬合辦法；通過比較不同吸收峰的直接吸收信號(hào)的面積比與峰值比，得到面積比更加適用于較強(qiáng)吸收與噪聲較大的情況，而峰值比則在吸收較低的時(shí)候更加貼合理論。
　　最后，我們研究了在理論條件下，通過給出相同的初始光強(qiáng)和給定實(shí)驗(yàn)上的合理參數(shù)，來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。利用已有的HITRAN數(shù)據(jù)庫的信息通過理論模擬來判定實(shí)驗(yàn)中所測(cè)吸收譜線的歸屬。并且經(jīng)過進(jìn)一步驗(yàn)證得出模擬信號(hào)與實(shí)驗(yàn)信號(hào)誤差的來源，并給出了