连续波光腔衰荡光谱装置及痕量甲烷检测研究

发布时间：2024-12-01 22:56

　　光腔衰荡光谱（CRDS,Cavity Ring-Down Spectrometer）技术利用分子（原子）的“指纹”式吸收特性,根据衰荡腔出射光的衰减时间常数值获得腔内吸收介质的信息。本文以三角环形腔连续波（CW,Continuous Wave）CRDS技术为重点,研究了腔内光轴结构特性、腔的光场动态响应特性、腔透射光特性及系统检测误差来源等问题,搭建了痕量甲烷检测装置,并进行了大量实验。本文的主要内容和得到的结论可以概括如下:一、针对三角环形无源腔性质展开了一系列研究:为提高光能利用率,分析并验证了失调和失配引起的能量损失随光轴结构的变化,据此给出了装调误差存在时光能传递效率的表达式以及系统最大允差;为减小光场动态响应引起的误差,围绕三角环形衰荡腔展开分析,对入射激光频率变化和腔长度改变时腔光场的动态响应进行了模拟。对比了腔长和激光频率调制之间的差异,推导了腔内的循环光场、反射场和透射场和PDH（Pound-Drever-Hall）信号的动态响应特性。研究表明腔内光场的振幅和相位的振荡会引起所探测信号的振荡,为利用腔透射光信号优化扫描速度以减小误差提供了依据。最后,给出了诱导腔内光场振荡...

【文章页数】：182 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.5光纤衰荡腔(a)环形腔(b)光纤端涂覆(c)光纤光栅腔

Y.Chen等人用三个DFB激光器做光源，用4×1MEMS光腔入射光源，测量了甲烷的同位素12CH4和13CH4的含量[87]。多光源对于吸收峰扫描节省了更多时间，并且被证明是克服CRDS长期不稳效方法，从而延长了用来对衰荡时间集成的时间。.3光纤腔衰荡光谱技....

图1.6离轴腔内光路示意图

第1章绪论检测液体折射率和浓度外，在温度、应变、压强等参量传感方向也得应用[95,96]，鉴于与本课题无关，在此不进行详述。虽然FLRDS在轻用范围上有很大发展，但其检测灵敏度、信噪比、时间响应、探测极性等方面尚需进一步改进[97]。.4离轴积分腔输出光谱技术及其发展....

图1.7WM-OA-ICOS测试系统原理图

图1.7WM-OA-ICOS测试系统原理图Figure1.7SchematicoftheWM-OA-ICOSsetup，中科院安徽光机所的赵卫雄等[104]也展开了对离轴dreasKarpf和GottipatyN.Rao[105]建立了含有频率调光谱....

图2.1直接吸收光谱原理示意图

第2章连续波光腔衰荡光谱技术原理及分析方法本章主要介绍CW-CRDS技术的基本原理和特性，包括朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律、吸收光谱测量中常见的线型函数[122,123]、增强吸收原理及信号的产生过程，并对系统的检测灵敏度、噪声来源及偏振特性进行了理论分析....

本文编号：4013884