光纖環(huán)腔激光腔內吸收光譜氣體傳感技術的研究.pdf

1、激光腔內吸收光譜自被提出以來因其高靈敏度特性一直為各國學者所關注，被廣泛應用于氣體、液體和等離子體等介質中粒子弱吸收的探測。光纖技術的發(fā)展使分布式腔內吸收光譜檢測成為可能，但目前還沒有成熟的商品儀器出現。本文基于光纖環(huán)腔激光器構建腔內吸收傳感系統(tǒng)研究痕量氣體的全光纖、準分布式測量。
　　 在對系統(tǒng)器件進行分析和簡化傳輸函數的基礎上，闡述了腔內吸收光譜的形成條件，理論推導了光纖環(huán)腔腔內吸收傳感系統(tǒng)工作的穩(wěn)態(tài)模型和瞬態(tài)模型，據此計算

2、模擬了光纖環(huán)腔激光器的放大自發(fā)輻射譜和氣體腔內吸收光譜，驗證了本系統(tǒng)光譜波長掃描測量的可行性。
　　 針對放大自發(fā)輻射噪聲和標準具噪聲等對腔內吸收光譜檢測的干擾問題，將低頻波長掃描和波長調制技術相結合應用于腔內吸收氣體傳感系統(tǒng)，通過理論分析和實驗確定調制參數。對1％濃度的乙炔氣體進行傳感，在1526.5～1537 nln波長區(qū)間檢測到17條吸收譜線，證明該方法可有效提高系統(tǒng)氣體傳感的靈敏度。為增強傳感性能，對波長掃描方式加以優(yōu)化

3、并再次實驗乙炔傳感，未采用波長調制技術便在1525～1545 nm波長區(qū)間獲得27條吸收譜線，傳感靈敏度明顯提高，證實了系統(tǒng)改進的有效性。制作不同長度的氣室研究了本系統(tǒng)中氣體傳感的最佳吸收光程長問題。
　　 對腔內吸收光譜譜線提取方法進行了研究，選取小波零交叉法、小波變換迭代法和小波變換形態(tài)學結合法等三種方法對不同實驗方法獲取的掃描譜進行譜線提??；對腔內吸收調制光譜，通過相關分析推出當調制頻率較低時，各階次的諧波譜與調制光譜的各

4、階傅里葉變換成正比，應用虛擬儀器技術由離散傅里葉法直接計算諧波譜，并提出將二次諧波譜作為反演目標氣體濃度的依據，標定譜線吸收波長則采用三次諧波譜。分別采用單譜線法和多譜線平均法計算濃度反演的誤差，分析了本傳感系統(tǒng)的定量能力。
　　 為解決可調濾波器驅動電壓與對應波長值漂移導致難以精確定位譜線波長問題，提出引入布拉格光柵作為參考的譜線波長標定方法：采用高斯擬合定位譜峰峰值，尋找對應的F-P濾波器驅動電壓，以經過溫度補償的布拉格光柵