23402.高漫反射立方腔光線傳輸規(guī)律的研究

1、國內(nèi)圖書分類號：O433.4學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：530密級：公開理學(xué)博士學(xué)位論文理學(xué)博士學(xué)位論文高漫反射立方腔光線傳輸規(guī)律的研究博士研究生：虞佳導(dǎo)師：張治國教授申請學(xué)位：理學(xué)博士學(xué)科：光學(xué)所在單位：理學(xué)院答辯日期：2014年12月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要對氣體濃度的靈敏探測在環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)生產(chǎn)、食品安全和醫(yī)療等領(lǐng)域都有重要的意義。在各種氣體檢測方法中，光譜學(xué)方法以其對氣體的高選擇性、抗干擾、高靈敏，非接觸性

2、以及可實時在線監(jiān)控等優(yōu)點而成為主流的檢測手段。在吸收光譜方法中，可以通過在有限的體積內(nèi)增加氣體吸收光程，同時達到檢測裝置小型化和提高氣體探測的靈敏度的目的，這也是最直接有效的方法。本論文采用自主研發(fā)的高漫反射立方腔作為氣體吸收池，克服了多通池和腔增強等方法干涉條紋的影響，以及多孔散射方法噪聲大，系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性低的缺點。根據(jù)需求可以設(shè)計不同形狀和規(guī)格的腔體，從而使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、成本低，而且更有利于光學(xué)檢測系統(tǒng)的緊湊性。本文基于可調(diào)諧

3、二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS），以氧氣為待測氣體，研究了高漫反射立方腔和串聯(lián)方腔的光程延長規(guī)律，并開展了利用立方腔測量材料絕對漫反射率方法的研究。首先，開展了高漫反射立方腔作為氣體吸收池的基礎(chǔ)研究。設(shè)計并制作了多種尺寸的高漫反射立方腔，內(nèi)表面涂層采用防水的高漫反射（反射率98%）涂料。根據(jù)光線在漫反射腔中的輻射傳輸規(guī)律，給出了立方腔有效光程隨漫反射率?、開孔比f和單次反射平均路徑aveL的理論公式。實驗基于TDLAS技術(shù)，通過測量

4、空氣中濃度為21%的氧氣在763nm處不同光程下的吸收信號，給出了高漫反射立方腔有效光程的定標(biāo)方法。其次，開展了高漫反射立方腔光程延長規(guī)律的研究。通過不同探測位置和入射光位置的連續(xù)測量實驗，證明了立方腔內(nèi)的光場是均勻穩(wěn)定的。通過研究立方腔有效光程隨開孔比的變化，以理論公式為基礎(chǔ)，給出了確定立方腔三個參量?、f和aveL的實驗方法。通過分析出射和入射附加光程條件，指出需要在立方腔有效光程公式中增加一項附加光程修正項0l。通過分析15cm邊

5、長，內(nèi)表面漫反射率不同的5種立方腔在不同的修正參數(shù)0l下擬合得到的漫反射率以及aveL隨漫反射率的變化規(guī)律，給出了確定附加光程修正的實驗方法。在傳統(tǒng)漫反射腔時間響應(yīng)函數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了在考慮激光入射條件以及開孔比的情況下，修正后的立方腔的時間響應(yīng)關(guān)系。再次，開展了一種新的測量材料漫反射率的方法研究。當(dāng)待測材料為液體時可以將其噴涂與立方腔內(nèi)表面，當(dāng)待測材料為固體時，可以直接將其制作成立方腔。首先測量有效光程隨開孔比的變化，根據(jù)公式擬合得到