压强变化对氢气激光检测吸收谱线影响分析

为解决涉氢装备泄漏氢气激光检测光谱信号分析中线型选择的问题,建立了氢气激光吸收光谱直接吸收浓度反演过程仿真模型,结合Hitran数据库开展了对三种不同线型函数谱线的重构精度研究,研究了压强变化对三种线型函数下氢气吸收谱线吸收系数的影响。结果表明：Gauss线型函数的氢气吸收谱线重构精度在三种线型函数中最高,其重构误差≤0.02%,Voigt线型函数和Lorentz线型函数的最大重构误差分别为0.37%和2.58%,验证了该仿真算法的精确性和可靠性;三种线型仿真得到峰值吸收系数均随压强增加而增大,在1.013 25×10⁴～5.066 25×10⁵ Pa范围内,Lorentz线型的峰值吸收系数最大,该线型下仿真得到的吸收系数峰值最小为Gauss线型的1.38倍、最大为Gauss线型的17.77倍;其值最小为Voigt线型的2.07倍,最大为Voigt线型的18.41倍。本研究为后续深入研究氢气激光吸收光谱检测提供了科学依据,为实际应用提供理论指导和一定参考。     

存在各种增宽机制下的综合加宽线型函数

本文提出一种对激光物理学中谱线综合加宽问题的统一处理方法。从理论上推得任意两种增宽的综合加宽线型函数为各自线型函数的卷积,并分析了存在各种增宽机制下的综合加宽线型函数。     

激光工作物质综合加宽线型函数的数学方法与特性

:本文建立了一种求解激光工作物质综合加宽机制下谱线线型函数统一的数学方法。分析、讨论了激光工作物质在各种加宽机制下光谱线线型函数的基本特性     

温室气体及碳同位素比值傅里叶变换红外光谱分析的温度依赖关系研究

为了研究温度变化对温室气体及碳同位素比值光谱定量分析的影响,首先从理论上分析得出温室气体浓度及13CO2值的定量反演主要取决于吸收系数,并研究了吸收系数的计算方法.其次结合HITRAN数据库,研究了温度对线强、展宽以及吸收系数的影响规律,结果表明:压强为1 atm(1 atm=1.013105 Pa)恒定条件下,温度变化时,吸收系数受线强变化的影响强于受展宽变化的影响.最后通过实验验证了温室气体和碳同位素比值傅里叶变换红外光谱(FTIR)反演的温度依赖关系,其中碳同位素比值受温度变化影响幅度最大,单位温度变化对13CO2值的影响为14.37.文中结果为高精度温室气体及碳同位素比值红外光谱监测装置中的温度监控系统设计提供了理论依据.     

短波红外通道CO2观测的温度敏感性分析

近红外通道观测大气CO2含量是利用其对太阳辐射的吸收作用,温度是影响吸收气体吸收的一个重要因子,文中讨论了CO2观测的温度敏感性.首先阐述了温度对气体吸收谱线的强度、增宽的影响;然后根据CO2反演过程中使用的大气温度产品的精度水平,利用逐线积分辐射传输模型模拟计算了1K的随机温度误差对垂直大气观测的影响,以及由此导致的CO2反演误差,并与模拟的1 ppm和2 ppm的CO2浓度变化所造成的观测与反演变化量进行了比较.通过对比分析六种大气模式下的模拟计算结果,得出1K大气随机温度误差是影响高精度大气CO2观测反演的重要因子.     

有机蛋白质分子中激发孤子的红外吸收特性

运用新的理论和Green函数方法给出了蛋白质的稳定孤子的本征能量值,与实验值很好吻合。进一步考虑孤子的无规热调制现象给出了由该孤子引起的红外吸收系数和低温下红移线的吸收强度随温度的变化关系,也与实验结果一致。     

有机蛋白质分子中激光发孤子的红外吸收特性

运用新的理论和Ｇｒｅｅｎ函数方法给出了蛋白质的稳定孤子的本征能量值，与实验值很好吻合。进一步考虑孤子的无规热调制现象给出了由该孤子引起的红外吸收系数和低温下红移线的吸收强度随温度的变化关系，也与实验结果一致。     

基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量

在可调谐二极管激光吸收光谱技术中,直接吸收法通过对透射光强拟合可直接得到线型函数,但目前具有较高信噪比的波长调制法不能对其进行有效测量。提出一种基于多次谐波的线型函数测量理论及方法,通过谐波通项表达式推导出谱线中心频率处二次与四次谐波比值仅与线型函数和调制系数有关,当调制系数m为2.492 8时,无论线型函数中Gauss线宽和Lorentz线宽所占比例如何,二次与四次谐波比值均为2.186 2,根据该点的特征可首先得到谱线半宽,然后将其应用于弱吸收条件下2f/1f气体浓度免标法测量。实验中采用2 326.82 nm处谱线对CO浓度进行了测量,其结果与传统直接吸收法测量结果误差小于2%。文中为波长调制法中线型函数的精确测量提供了重要的理论依据,进一步完善了2f/1f免标法。     

基于TDLAS技术的高斯线型二次谐波数值模拟与分析

作为新的痕量气体监测分析方法,可调谐二极管激光吸收光谱学的二次谐波技术在大气化学研究和污染气体监测得到实际应用。本文以CO气体的中心波长为λ0=1579.74nm的P（5）振-转吸收谱线为目标,建立高斯线型的二次谐波信号数值模型,仿真得到二次谐波曲线,研究了二次谐波信号特性与调制度m的关系。并对仿真结果与洛仑兹吸收线型二次谐波信号特性进行了分析和比较。     

可调谐二极管激光光谱技术测量燃烧环境下H2O浓度的实验设计

水蒸气是碳氢化合物燃烧的主要产物之一,对其浓度进行测量具有重要的意义.在已有理论基础上推导选择了最佳的拟合线型函数(Voigt线型),结合HITRAN数据库选择了在实验室现有条件下理想的吸收线.理论分析了用两条相邻吸收线的线强比计算温度的可行性,在此基础上建立了一套基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的实验装置,为进一步实验打下了良好的基础.     

热层氦辐射线大气吸收系数的理论分析

为了实现激光雷达对热层氦浓度的探测,采用理论分析和计算机模拟的方法,计算了组成亚稳态氦1083nm的3条共振辐射线的大气吸收系数,得到了大气吸收系数的数量级为10-3。结果表明,对于同一光谱线,大气吸收系数与原子浓度成正比,与温度的1/4次方成正比,而与压强成反比;对不同光谱线,大气吸收系数与中心波长成正比;在谱线半宽度内,平均大气吸收系数和谱线中心大气吸收系数成正比。最后指出了大气吸收系数在光谱分析中的应用。此分析讨论对于激光雷达对热层氦浓度的探测具有一定的参考意义。     

The microwave absorption by H2O vapor and its mixtures with other gases between 100 and 300 Gc/s

The microwave absorption between 100 and 300 Gc/s by H2O vapor and its mixtures with N2, CO2, and O2has been measured at room temperature for intermediate and atmospheric pressures. Near the absorption lines the line shape parameters are close to those measured at low pressures by Rusk. Between the lines, very large absorption coefficients were observed, particularly for self-broadening and for broadening by CO2. This increased absorption is ascribed to collision-induced polarization of the molecules involved. Empirical formulas are given for the calculation of line shapes. These formulas require the use of four line-shape parameters for each mixture--two of these are for the line centers, the other two for the wings.     

A semiempirical line shape model of GaAs MQW structures

We have developed a semiempirical model to describe the line shape in the vicinity of the exciton absorption lines in GaAs multiple quantum well (MQW) structures. This model is based on a conventional line-broadening analysis similar in spirit to that used in atomic and plasma physics. The absorption spectrum is determined through the line positions, oscillator strengths, homogeneous and inhomogeneous broadening, and continuum shifts. Values for these parameters are derived from a combination of theoretical models, some existing in the literature and other developed by the authors, and experimental data where theory is lacking. Our results are in good agreement with the absorption measurements and the nonlinear coefficients available in the literature. This model shows improvements in the nonlinearity at low temperature and small inhomogeneous linewidth, which is as expected     

舰用燃气轮机排气系统远程红外成像多尺度多线组宽带k分布模型数值仿真研究

针对现有的宽带k分布模型不适合温度和参与性组分比例剧烈变化的气体的辐射特性计算的问题,建立了多尺度多线组宽带k分布模型（MSMGWB）,并针对舰用燃气轮机排气系统远程辐射特性计算面临的高温燃气与环境空气热力学参数,对MSMGWB模型的光谱吸收系数分组进行了优化。一系列一维气体辐射传输算例的计算结果表明:当高温燃气与低温空气的温度和水蒸气、二氧化碳、一氧化碳摩尔比差别巨大时,多尺度多线组宽带k分布模型对3~5 m波段气体辐射传输特性的预测精度远高于原始宽带k分布模型和窄带模型,并且与灰体固壁保持了很好的兼容性。最后,对不同相对风速下舰用燃气轮机引射排气系统的流场、固体温度场及其近、远距离红外成像进行了数值计算,结果表明:气体重力和燃气中的一氧化碳对其3~5 m波段红外成像的影响不能忽略。     

Spectral width of saturated absorption spectra of Cs with a laser diode

The saturated absorption spectra and line widths of the Cs-D2line were observed as a function of the incident power. A minimum spectral width of 20 MHz was obtained when the incident power was under 0.1 mW and all of the hyperfine spectral lines and the cross-over resonance lines were resolved.     

光腔衰荡光谱技术用于OH浓度测量的误差分析

光腔衰荡光谱技术（Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS）是一种高灵敏度的吸收光谱测量技术,在燃烧场激光光谱诊断领域里是一种十分重要的燃烧产物定量测量手段。文中研究了光腔衰荡光谱技术用于燃烧产物定量测量的原理,搭建了脉冲型光腔衰荡光谱技术实验系统,选取OHA2+-X2（0,0）电子跃迁带的P1（2）吸收线谱,在常压条件下对平面火焰的OH浓度进行了定量测量,并对激光器线宽及线型、激光器的频率稳定性、火焰温度、光腔参数等因素对测量误差的影响进行了分析讨论。误差分析给出了光腔衰荡光谱技术的几个关键注意事项,可为光腔衰荡光谱技术的应用提供指南。     

A computer aided system for research on the quantitative laser spectroscopy of ethylene

Spectral line strength, self- and N₂-broadened widths of 28_2,27–28_1,27 transition of ethylene v₇ band have been obtained at room temperature and were agree well with the results of theoritical calculation. With those spectral parameters, the temperature dependence of C₂H₄ absorption coefficients at CO₂laser transition 10P(14)were measured. The results showed that the temperature dependence of the linewidth was close to T^?0.4. A computer aided system was used so that the accuracy of the measurement was well improved than that we did before.     

Atmospheric oxygen microwave spectrum--Experiment versus theory

The microwave spectrum of oxygen (O2-MS) was investigated with a pressure-scanning dispersion spectrometer between 53.5 and 63.6 GHz under simulated atmospheric conditions. First, the strength and width parameters of 21 lines (K^{pm}= 1to 25)were determined from low pressure (<20 torr) data with accuracies on the order of 1 to 4 percent and the results extended to other lines (K^{pm}= 25 to 35). Then, O2-MS intensities (dispersion and attenuation by oxygen and air) were measured between 100 and 800 torr and compared with Rosenkranz's band shape model. A set of interference coefficients was established to produce good agreement between experiment and theory. Also, at 61 GHz the refractivities of 13 atmospheric gases were checked. The improved calculation scheme of atmospheric molecular EHF (sim40to 140 GHz) characteristics is presented as a transfer function incorporating a set of 144 line parameters (36 each of position, strength, width, and interference) with frequency, pressure and temperature dependencies.     

基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）,基于吸收光谱的多普勒展宽原理,对D2/NF3燃烧驱动的HBr化学激光器,进行了光腔和扩压段的气体温度测量实验研究。为了有效地测量TDLAS吸收光谱,选用了主气流中吸收系数较大的HF分子（2-0）振动谱带的R2谱线作为研究对象。实验中利用一台中心波长1 273 nm的分布反馈式（DFB）二极管激光器,搭建了一套基于直接吸收法TDLAS的HBr化学激光器气体温度测量系统。通过对HF分子的吸收谱线进行Voigt线型拟合,获得了多普勒展宽宽度,从而给出了光腔和扩压段气体温度。在进行时域频域变换时,使用了一台自由光谱范围（FSR）为1.5 GHz的F-P标准具用于频率校准。实验测量结果表明,光腔温度约为280 K,扩压段温度约为400 K。实验过程中的碰撞展宽和多普勒展宽的比值小于0.1,表明多普勒展宽为主,能够方便地用HF吸收光谱的展宽来监测光腔和扩压段的气体温度。     

基于STM32的矿用电化学一氧化碳传感器的设计

针对煤矿安全生产中对一氧化碳气体浓度的检测与报警,提出了一种矿用电化学一氧化碳传感器的设计方案。该方案以STM32F103c8单片机为处理核心,利用CitYTechnology生产的4cn1一氧化碳敏感元件、微弱信号放大器与Ds18820温度传感器、nRF24L01等器件,实现了矿用一氧化碳传感器的软硬件设计。采集的一氧化碳浓度数据经滤波、校标后由RS485输出给上位机,用于显示与报警,传感器参数可以通过RS485通讯或者无线通讯设定。实际测试表明,该一氧化碳传感器精度高、稳定性好、参数设定方便,适宜于矿井下需要监测一氧化碳的场所使用．．