離軸入射腔增強(qiáng)吸收光譜氣體探測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、近些年來,以腔衰蕩、腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)為代表的高靈敏光譜探測(cè)技術(shù)得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。其中,腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)由于具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、成本低、探測(cè)靈敏度和光譜精度高、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn),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。基于腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)在氣體污染物檢測(cè)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值,為此我們建立了離軸入射腔增強(qiáng)吸收光譜氣體探測(cè)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(jiǎn)要回顧了腔增強(qiáng)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(cè)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(duì)光譜測(cè)量的影響；概述了離軸入射腔增強(qiáng)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(dòng)光譜、轉(zhuǎn)動(dòng)光譜、振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜)、吸收光譜方面的基本理論以及各種光譜線寬展寬機(jī)制的原理特點(diǎn)；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(qiáng)度和光譜吸收截面計(jì)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(qiáng)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(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合了OA-CEAS中各儀器設(shè)備如激光器、波長(zhǎng)計(jì)、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(duì)離軸入射腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)研究的各項(xiàng)要求。
　　 在此基礎(chǔ)上,采用離軸入射腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)測(cè)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(zhǎng)的非線性變化過程,實(shí)現(xiàn)了對(duì)波長(zhǎng)的自動(dòng)校正；分別獲取了在光束正軸入射與離軸入射腔增

4、強(qiáng)吸收光譜條件下CO2氣體在6358.65cm-1處的近紅外單個(gè)光譜峰,詳細(xì)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(hào)基線平坦,具有較高的光譜精度和信噪比,系統(tǒng)探測(cè)靈敏度可達(dá)1.98×10-7cm-1。接著討論了不同濃度下的CO2分子光譜吸收強(qiáng)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(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光