浅析波长扫描光腔衰荡光谱技术

波长扫描腔衰荡光谱技术是一种新型的光谱检测方法,由于该技术具有吸收光程长,不受光源强度起伏影响的特点,因而受到国内外的广泛重视,已被应用于监测分子及原子体系。波长扫描光腔衰荡光谱技术在痕量元素监测分析中的应用,证明它完全可以在通用的原子吸收分光光度计上实现。它的主要用途是进行多元素分析。能够带来一些其它的扩展功能,是一种很有发展前途的新技术。     

基于光腔衰荡的反射率测量技术的研究

根据光腔衰荡原理开展了高反射率镜片反射率测量技术的研究。理论上给出了直型腔和折叠腔的反射率计算方法,构建了测量高反镜反射率的实验系统。实验结果表明系统结构简单,易调节,可以测量任意角度的反射率,测量结果精确,可满足高反镜片的各种测量要求。     

用光腔衰荡法测量高反射率的实验研究

根据光腔衰荡光谱技术开展了测量镜片高反射率的研究,建立了测量实验装置。理论上给出了反射率测量的计算方法,在实验中测定了一对反射率相等的高反射腔镜的反射率,以及一块45°反射镜样品的反射率,并分析了影响光腔衰荡曲线的参数。     

一次谐波锁频的快速光腔衰荡光谱检测

本文介绍了一种赫兹级响应速率的光腔衰荡光谱探测大气痕量气体的检测技术.将100 MHz正弦波调制信号加载在电光相位调制器上产生边带,用混频器提取载波与边带通过3m气体吸收池后拍频所产生的一次谐波作为误差信号,实现了1572 nm分布式反馈激光器对于二氧化碳气体分子6361.25 cm-1处超精细跃迁线的频率锁定.采用波...     

用光腔衰荡法测量高反射率的重复性测试

根据光腔衰荡光谱技术开展了测量镜片高反射率的研究,建立了测量实验装置,理论上给出了反射率测量的计算方法,在实验中测定了一对反射率相等的高反射腔镜的反射率,以及一块22.5°反射镜样品的反射率,所得反射率的标准偏差好于10-5。该仪器具有较高的实验重复性。     

基于光纤环形衰荡腔的甲烷传感研究

提出一种基于腔衰荡光谱技术的新型光纤甲烷传感方法,与传统的甲烷传感方式相比,它可以通过测量信号的相位移动来测量气体的浓度。实验中采用了环形的光纤结构,避免了小型渐变折射率透镜构成的微型气室产生的二次噪声,提高了系统的灵敏度。结果表明,该系统可以应用于低浓度气体的在线检测。     

积分腔输出光谱技术及其应用综述

积分腔输出光谱（ICOS）技术是最近几年迅速发展起来的一种高精细腔吸收光谱技术。在介绍了积分腔输出光谱技术原理的基础上,推导了ICOS技术用于检测痕量气体时的理论公式,介绍了在ICOS技术中使用的波长调制光谱技术。指出了ICOS技术在环境监测方面的优势,包括装置简单、有效吸收光程长、检出限低、测量精度高等,而且给出了影响ICOS探测灵敏度的因素。最后综述了ICOS技术在痕量气体监测中的应用,指出了ICOS技术的发展趋势。     

用于CRDS痕量气体检测的温控系统设计与实现

为了满足光腔衰荡光谱技术(CRDS)痕量气体检测装置中的光学衰荡腔对温度控制的需求,设计了一套精密温控系统。该系统以可编程化系统单芯片(PSOC)为核心,采用热敏电阻(NTC)进行温度采集,H桥电路控制半导体制冷器(TEC)进行双向控温,模糊PID算法进行反馈控制,用内部风扇进行温度均衡。大量实验数据测试表明,该温控系统能够精确稳定地控制光学衰荡腔温度,控制精度可达±0.005 ℃。利用该检测装置对标准气瓶内的CO2浓度进行测量,其浮动值在±1 mg/L。该设计满足光学衰荡腔对温控精度以及稳定性的要求,利用该温控系统制作的CRDS痕量气体检测装置目前已处于量产阶段。     

球载CRDS高灵敏度甲烷测量系统的研制

为了分析青藏高原地区甲烷浓度的垂直分布,本文采用腔衰荡光谱技术（CRDS）设计了一套高灵敏度的球载甲烷浓度实时测量系统,该测量系统在基于DSP的单板电路上实现腔模锁定、衰荡信号采集、光谱扫描、数据存储等功能并在DSP上实时处理衰荡信号、光谱信号和浓度等数据。本文首先介绍了CRDS测量原理与采用的光谱处理算法,通过固定高斯线宽的方式改进光谱拟合算法,使得浓度计算结果得到明显提升。然后,分析了电路系统采集的衰荡信号与光谱信号,采集的衰荡信号信噪比达62dB,并在实验室使用标准气体进行了标定试验,标准气体的测量值标准差σ最大为2.2×10^-9,测量值的均方值RMS和标准气体标称值之间的校正可决系数为0.9987。最后,系统进行了实际试验,在西藏鲁朗地区成功实现了从海拔3340m到海拔6000m的上升和下降过程中甲烷浓度的测量。该系统可以通过改变激光波长与光腔反射镜测量其他大气痕量气体,进一步改进与优化的系统可以应用到大气同位素丰度的测量中。     

注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强效果。利用该实验平台对微量单一气体及其混合气体进行了拉曼检测,并根据拉曼特征谱峰选取原则及信噪比大于3的原则,确定了H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的特征拉曼谱峰分别为4 156,2 143,1 388,2 918,2 955,1 344,1 975cm-1,最小检测极限分别为10.2,21.7,9.4,2.1,8.9,4.9,3.3Pa。腔增强拉曼光谱法可以实现微量同核双原子气体检测及利用单一波长激光的混合气体同时检测,具有替代气体检测传统光谱方法的潜力。     

基于高精细腔技术的红外吸收光谱型气体传感器

对红外吸收型气体传感器的工作原理进行了分析,设计了一种基于高精细腔技术的红外吸收光谱型气体传感器.并对设计的传感器进行了实验验证,结果显示在通入浓度为20 ppm的H_2S气体时能达到40的信噪比,测量结果准确;在低浓度时测量有一定的偏差.测量的浓度波动小于3 ppm.     

Real-time data acquisition incorporating high-speed software correlator for single-molecule spectroscopy

Single-molecule spectroscopy and detection are powerful techniques for the study of single fluorescent particles and their interaction with their environment. We present a low-cost system for simultaneous real-time acquisition, storage of inter-photon arrival times and the calculation and display of the fluorescence time trace, autocorrelation function and distribution of delays histogram for single-molecule experiments. From a hardware perspective, in addition to a multi-core computer, only a standard low-cost counting board is required as processing is software-based. Software is written in a parallel programming environment with time crucial operations coded in ANSI-C. Crucial to system performance is a simple and efficient real-time autocorrelation algorithm (acf) optimized for the count rates (approximately 10⁴ cps) encountered in single-molecule experiments. The algorithm's time complexity is independent of temporal resolution, which is maintained at all time delays. The system and algorithm's performance was validated by duplicating the signal from the photon detector and sending it to both the ordinary counter board and a commercial correlator simultaneously. The data acquisition system's robustness under typical single-molecule experimental conditions was tested by observing the diffusion of Rhodamine 6G molecules in deionized water.     

变压器油中气体拉曼光谱检测及信号处理方法

准确检测变压器油中溶解故障特征气体是诊断变压器运行状态的重要技术手段之一。论文基于拉曼光谱和腔长调制频率锁定原理,搭建了变压器故障特征气体频率锁定腔增强拉曼光检测平台,实现了H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、CO、CO_2等七种故障特征气体的同时检测;1atm时,H_2、CH_4、C_2H_2、C_2H_4、C_2H_6、CO、CO_2的最小检测浓度实验值分别达到106、25、45、73、41、170、126(ppm)。频率锁定增强腔技术使最小检测浓度提高了约68倍。运用小波模极大值法对H_2的拉曼光谱检测信号进行了去噪处理,提出了基于包络线迭代法的光谱基线校正方法,校正后的光谱荧光背景残留减少,使气体拉曼光谱检测准确度提高了约2.95%,为变压器油中溶解故障气体同时准确检测提出了一种新方法。     

光子晶体光纤气体吸收光谱探测技术研究进展

为了研制结构紧凑、低功耗和本质安全的激光吸收光谱气体检测系统,光子晶体光纤气体检测技术受到广泛关注。通过对光子晶体光纤结构参数的优化,可将90%以上的光场模式束缚在纤芯附近,从而将气体检测的相对灵敏度提升到60%以上,限制损耗降低到10^-8dB/m。对光学模式的调控依赖于纤芯微结构参数和包层光子晶体空气孔的阵列排布的优化,以期获得更高的相对检测灵敏度和更低的光学损耗;接着,针对端头反射式、光纤光栅波长调制型和不同光纤复合型的气体检测技术进行了分析。端头反射式结构最为简单,然而难以保证气体分子的高效交换。结合Bragg光栅和长周期光栅等特种光纤结构可以构建光学谐振腔,有效增强光信号与气体分子的吸收光程。结合不同类型光纤和气体敏感材料的复合光纤结构气体探头的设计,极大地优化了气体传感的选择性和灵敏度等特性。延长光纤至1m以上,或采用环形嵌入方式可有效增加光程,获得10^-12量级的检测限。掺铒光纤的引入可有效补偿光纤环内的光学损耗。最后,分析了多孔环形和柚子型等大空芯直径光子晶体光纤的气体检测性能和未来研究方向。针对光子晶体光纤气体激光光谱吸收检测技术,未来需要在性能优化、系统集成和环境适应性方面开展研究,从而为冶金化工等行业中危险气体实时监测仪器的研制提供技术保障。