離軸入射腔增強吸收光譜氣體探測系統(tǒng)研究.pdf

1、近些年來,以腔衰蕩、腔增強吸收光譜技術(shù)為代表的高靈敏光譜探測技術(shù)得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。其中,腔增強吸收光譜技術(shù)由于具有實驗裝置簡單、成本低、探測靈敏度和光譜精度高、魯棒性強等特點,常被用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)、大氣化學(xué)、光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等方面的研究中?；谇辉鰪娢展庾V技術(shù)的這些獨特優(yōu)點,該技術(shù)在氣體污染物檢測中具有很大的應(yīng)用價值,為此我們建立了離軸入射腔增強吸收光譜氣體探測系統(tǒng)并就應(yīng)用中的若干技術(shù)問題展開了研究。
　　

2、本文首先簡要回顧了腔增強吸收光譜技術(shù)的發(fā)展歷程,介紹并比較了幾種高靈敏光譜檢測技術(shù)；模擬了光學(xué)諧振腔的模式結(jié)構(gòu)并探討了其對光譜測量的影響；概述了離軸入射腔增強吸收光譜技術(shù)的原理和方法；系統(tǒng)介紹了分子紅外光譜(包括振動光譜、轉(zhuǎn)動光譜、振動轉(zhuǎn)動光譜)、吸收光譜方面的基本理論以及各種光譜線寬展寬機制的原理特點；討論了HITRAN紅外光譜數(shù)據(jù)庫中相關(guān)參數(shù)在光譜模擬、吸收強度和光譜吸收截面計算中的應(yīng)用。
　　 在研究中將虛擬儀器技術(shù)與離軸

3、入射腔增強吸收光譜技術(shù)相結(jié)合,研究出一套高分辨、高靈敏度的污染氣體實時檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)有機結(jié)合了OA-CEAS中各儀器設(shè)備如激光器、波長計、示波器等各種功能,擁有友好的可視界面,易于操作,能夠滿足對離軸入射腔增強吸收光譜技術(shù)研究的各項要求。
　　 在此基礎(chǔ)上,采用離軸入射腔增強吸收光譜技術(shù)測量了光學(xué)諧振腔鏡反射率；研究了ECDL激光器在掃描過程中波長的非線性變化過程,實現(xiàn)了對波長的自動校正；分別獲取了在光束正軸入射與離軸入射腔增

4、強吸收光譜條件下CO2氣體在6358.65cm-1處的近紅外單個光譜峰,詳細分析并比較了二者的區(qū)別,結(jié)果表明離軸入射條件下光學(xué)諧振腔內(nèi)激光相干振蕩較低,模式密度高,透過光信號基線平坦,具有較高的光譜精度和信噪比,系統(tǒng)探測靈敏度可達1.98×10-7cm-1。接著討論了不同濃度下的CO2分子光譜吸收強度、光譜線寬等的變化特性,并比較了在不同數(shù)據(jù)處理方式下的光譜分析結(jié)果。最后記錄了在6450～6530cm-1的較寬光譜范圍內(nèi)CO2振動轉(zhuǎn)動光