激光鎖頻光腔衰蕩光譜測(cè)量分子吸收譜線參數(shù).pdf

1、高靈敏度的激光吸收光譜技術(shù)是開展分子光譜研究的重要實(shí)驗(yàn)手段，在基礎(chǔ)科學(xué)研究以及痕量氣體探測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。光譜定量分析需要高精度的分子光譜參數(shù)（如譜線躍遷頻率、躍遷強(qiáng)度、線寬、譜線線形等），而這些光譜參數(shù)主要來(lái)自于高精度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。本文主要介紹應(yīng)用激光鎖頻光腔衰蕩光譜技術(shù)測(cè)量分子光譜參數(shù)的方法，并利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2分子躍遷頻率亞MHz精度的測(cè)量以及譜線強(qiáng)度好于0.85％精度的測(cè)量。此外我們也發(fā)展了集成化的光腔衰蕩光譜裝置并應(yīng)

2、用于痕量氣體探測(cè)。
　　本論文的主要內(nèi)容如下:
　　第一章簡(jiǎn)單介紹分子吸收光譜的基本理論，常見(jiàn)的高分辨吸收光譜技術(shù)和傳統(tǒng)光腔衰蕩光譜技術(shù)的原理。我們也簡(jiǎn)要回顧了本文采用的激光鎖頻光腔衰蕩光譜技術(shù)的發(fā)展歷史及其測(cè)量原理。
　　第二章詳細(xì)介紹激光鎖頻光腔衰蕩光譜實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。主要內(nèi)容包括衰蕩腔體的機(jī)械設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)光路的搭建以及衰蕩光譜測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該裝置的極限探測(cè)靈敏度達(dá)到4.8×10-12cm-1。為了補(bǔ)償吸

3、收氣體折射率變化帶來(lái)的色散效應(yīng)，我們通過(guò)掃描腔模的方式獲得了吸收氣體的色散光譜。利用該裝置示范性測(cè)量了CO2分子在6470.42cm-1附近的光腔衰蕩光譜，使用光頻梳作為頻率參考，我們實(shí)現(xiàn)了亞MHz的頻率測(cè)量精度。我們也對(duì)比了色散光譜與光腔衰蕩光譜的測(cè)量結(jié)果以及數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)光譜參數(shù)。
　　第三章主要介紹利用激光鎖頻光腔衰蕩光譜裝置測(cè)量12C16O2分子(30011-00001)帶譜線強(qiáng)度的工作。目前部分譜線強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量相對(duì)精度和理

4、論計(jì)算相對(duì)精度已經(jīng)好于1％，然而在某些譜線帶，不同理論強(qiáng)度計(jì)算值以及理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間的相對(duì)偏差遠(yuǎn)大于標(biāo)稱的精度，因此需要開展獨(dú)立的高精度譜線強(qiáng)度測(cè)量。利用激光鎖頻光腔衰蕩光譜裝置，我們實(shí)現(xiàn)了精度好于0.85％的譜線強(qiáng)度測(cè)量，并與之前的測(cè)量結(jié)果以及最新的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　第四章介紹搭建的集成化光腔衰蕩光譜裝置，并用其開展痕量氣體探測(cè)的工作。我們充分利用了光學(xué)衰蕩腔的縱模本身可以做為頻率參考的特性，發(fā)展了三套小型