基于1392 nm高灵敏度积分腔的研究及应用

发布时间：2021-06-26 02:34

　　痕量气体检测在工业、环境、医疗等许多领域应用越来越广泛。积分腔输出光谱技术具有高灵敏度、装置简单、易于操作、很高的时间和空间分辨、抗扰动能力等优点,已经成为了痕量气体探测的有效方法,具有非常宽广的发展前景。本论文重点介绍了积分腔输出光谱技术的理论和应用。在积分腔输出光谱技术中,主要噪声就是F-P腔干涉造成的激光位相变化引起的过量光强波动噪声,也称之为腔模噪声,使用离轴入射可以很好的抑制腔模噪声。建立了一套基于DFB激光器作为光源的离轴积分腔输出光谱（OA-ICOS）装置,中心波长为1392 nm的出射光,通过准直器耦合进入长度为60 cm,由两片高反射率镜片组成的谐振腔内,透过腔的信号经过聚焦后由光电探测器接收。实验验证了离轴入射可以激发大量高阶模,使得腔模密度增大,腔模结构基本消失,腔模噪声得到抑制。利用甲烷标准气体,在不同压强下对腔镜的反射率进行校准。当腔内的压强是1.599 kPa时,镜片的反射率达到0.99843。选取H2O在7189.344 cm-1和7185.597 cm-1处的谱线分别对氮气和甲烷中的水汽进行测量。在200 s的采集时间内,最佳的噪声等效吸收系数分别是αm... 

【文章来源】：南昌航空大学江西省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本论文的主要内容及创新点
第2章 红外吸收光谱原理及激光光谱技术
    2.1 分子红外光谱
        2.1.1 分子运动及其能级结构
        2.1.2 红外光谱的原理
        2.1.3 红外光谱的特征
    2.2 吸收光谱原理
    2.3 谱线线型
    2.4 激光光谱技术
        2.4.1 直接吸收光谱技术
        2.4.2 高精度光学谐振腔
        2.4.3 波长调制光谱技术和频率调制光谱技术
    2.5 本章小结
第3章 积分腔输出光谱
    3.1 高精度的光学谐振腔
        3.1.1 谐振腔特性分析
        3.1.2 谐振腔腔模
    3.2 积分输出腔原理
        3.2.1 共振型腔增强吸收光谱原理
        3.2.2 离轴积分腔输出光谱原理
        3.2.3 积分腔输出光谱噪声分析和降噪方法
    3.3 实验结果与讨论
    3.4 本章小结
第4章 离轴积分腔输出光谱的痕量水汽测量
    4.1 引言
    4.2 实验装置
    4.3 DFB激光器波长定标
    4.4 实验结果和分析
        4.4.1 腔镜反射率校准
        4.4.2 平均次数与噪声关系
        4.4.3 数据分析与处理
        4.4.4 稳定性测试
    4.5 本章小结
第5章 波长调制离轴积分腔输出光谱技术
    5.1 引言
    5.2 实验原理
        5.2.1 WMS原理
        5.2.2 WM-OA-ICOS原理
    5.3 实验装置
    5.4 实验结果与分析
        5.4.1 优化压强和调制振幅
        5.4.2 优化调制频率和相位
        5.4.3 系统稳定性
        5.4.4 2f和 1f信号的测量
        5.4.5 系统校准及探测灵敏度
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
读研期间参与课题和发表论文情况
致谢



本文编号：3250453