連續(xù)波激光腔衰蕩光譜技術(shù)用于氣體濃度測(cè)量的研究.pdf

1、氣體濃度檢測(cè)對(duì)于工業(yè)安全生產(chǎn)和人類生活是非常重要的。傳統(tǒng)的氣體濃度測(cè)量方法測(cè)量精度普遍不高。腔衰蕩光譜技術(shù)(Cavity Ring-Down Spectroscopy，簡(jiǎn)稱CRDS)是一種新興的超高靈敏、超高精度的吸收光譜測(cè)量方法。腔衰蕩光譜技術(shù)問世之初一直是利用脈沖激光作為光源。近年來連續(xù)波光腔衰蕩光譜(CW-CRDS)開始成為研究熱點(diǎn)與脈沖光腔衰蕩光譜(P-CRDS)相比，CW-CRDS具有更高的光譜分辨率和檢測(cè)靈敏度。正是利用CW

2、-CRDS原理提出了測(cè)量氣體濃度的一種方法，研究了系統(tǒng)的衰蕩特性。主要工作包括以下內(nèi)容：
　　首先，分析了傳統(tǒng)腔衰蕩技術(shù)氣體濃度的測(cè)量原理，介紹了衰蕩腔的一些特性參數(shù)和激光與光腔模式的基本概念。并對(duì)影響氣體濃度測(cè)量精度、靈敏度和分辨率的各種因素進(jìn)行了研究。給出了兩種激光頻率和光腔模式耦合的方法，詳細(xì)推導(dǎo)了兩種方法的出射電場(chǎng)與激光頻率、掃描速度和介質(zhì)吸收之間的關(guān)系。
　　其次，提出了一種基于連續(xù)波激光的腔衰蕩光譜方法，這種方法

3、不需要有外部光開關(guān)(如聲光調(diào)制器等)關(guān)斷光源，系統(tǒng)更加簡(jiǎn)便。研究了連續(xù)波腔衰蕩技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，分析了各器件的性能和工作原理。具體研究了一種新的激光失諧方法和阻止激光反饋到光源的方法。
　　最后，對(duì)不同反射率和掃描速度與透射特性的關(guān)系進(jìn)行了仿真。探討了耦合到衰蕩腔中光子的積聚和泄漏特性。結(jié)果表明，反射系數(shù)越大，光強(qiáng)積聚和衰蕩時(shí)間越小，振鈴振蕩幅度越強(qiáng)；掃描速度越小，腔中的相對(duì)光強(qiáng)越大。在沒有失諧激光的情況下，透射光強(qiáng)依賴于反射鏡