光腔衰荡光谱技术及其在痕量气体分析中的应用

光腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种新兴的高灵敏度吸收光谱检测技术.在介绍光腔衰荡光谱检测原理和痕量气体浓度检测公式的基础上,总结了CRDS技术在痕量气体分析方面的优势.综述了CRDS技术在气体污染物、超纯气杂质和水分检测方面的应用.     

微量气体定量分析的新方法:光腔衰荡光谱

包括半导体制造业在内的许多工业应用要求高纯度气体具有最少的杂质。微量水分的分析特别富有挑战性。光腔衰荡光谱法不但可以快速、准确地分析包括水分在内的微量杂质,而且不需要标准样气。对光腔衰荡光谱法作了简要介绍。     

基于光腔衰荡光谱的气体成份量测量技术

光腔衰荡光谱技术依赖于气体分子常数测量气体成份量,有望成为新一代基于自然常数的气体成份量基准方法。本文详细介绍了国内外研究机构对于光腔衰荡光谱法在气体成份量测量领域的研究现状,并在此基础上设计出一套基于Pound-Drever-Hall(PDH)锁频技术的光腔衰荡光谱测量装置,旨在完善目前实物计量标准的局限性。     

基于光腔衰荡光谱法的水汽线形强度测量

随着半导体芯片行业的迅速发展,对电子气体的要求也逐渐提高。半导体加工环境中的痕量水分会严重影响芯片的良率和可靠性。光腔衰荡光谱法是近年来发展的一种具有高灵敏度和准确性的痕量气体测量方法,线形强度是光谱法测量的重要参数。为测量痕量水分,建立了一套光腔衰荡光谱系统,测量了中心频率在 7171.10491cm-1和7177.6565cm-1的吸收光谱,通过HTP(Hartmann-Tran profile)线形拟合得到线形强度,测量结果的相对标准不确定度优于1.8%,与HITRAN、HITEMP和GEISA数据库比较,相对偏差小于6%。     

光学技术在气体浓度检测中的应用

阐述了目前气体浓度检测的7种常用光学方法,针对每种光学方法给予了详细的原理说明,列举了各种光学方法现场应用中的优缺点,以及针对光学方法优缺点所做的改进工作,提出了方法改进中的新颖想法,讨论了各种光学方法的结合使用。这其中包括常规光学气体浓度检测方法：光干涉法、光声光谱法、相关光谱法;以及新型光学气体浓度检测方法：可调谐半导体激光吸收光谱法、倏逝场型光纤气体传感法、空芯光子带隙光纤传感法、光纤环衰荡光谱法。结论指出,小型化、智能化、便携式、低功耗、高准确度、快速响应性及分布式多组分遥测技术成为现阶段光学法检测气体浓度的发展趋势。

     

气体中微量水分析方法概述

概述了各种测定气体中微量水的分析方法：光腔衰荡光谱法、电解法、露点法、卡尔费休库仑法、重量法及碳化钙法的测定原理及其优缺点;并详细列举和归纳了不同种类气体产品测定水分含量所采用的方法,为企业和质监部门监控气体产品质量提供了可参考的技术信息。     

1.6微米附近氮气展宽的一氧化碳分子线形的研究

基于稳频的光腔衰荡光谱法是近年来发展的一种具有高灵敏度和准确性的测量痕量成分的方法,分子线形是影响光谱法测量成分的关键因素。利用基于稳频的光腔衰荡装置测量了一氧化碳R12(3←0)分子光谱,6种常用的分子线形被用来研究分子吸收光谱参数间的关系,包含压力相关的展宽、吸收峰面积和碰撞变窄效应,以及速度变化压窄和速度相依赖弛豫速率变窄效应的相关联等。研究结果表明pCqSDNGP线形能满足描述CO分子线形的需要。     

浅述高纯气体中微量水的分析

叙述了化工生产中电容法分析六氟化硫、四氟化碳,压电晶体法分析超纯气体,光腔衰荡光谱法测定超纯氨中的微量水含量的方法,通过在实验及工作中发现用这三种方法分析高纯气体的水含量可行,能满足产品生产监测的需要。     

光腔衰荡光谱法测定气体中微痕量水不确定度评估

介绍了基于光腔衰荡光谱法测定气体中的微量水的方法原理,该方法适用于含量为0.2×10^-9～20×10^-6 mol/mol的所有气体中水分的测定。建立了光谱分析法的原始数学模型,对测定方法的不确定度进行了评估,结果表明该方法的扩展不确定度为（8～20）×10^-9 mol/mol（k=2,p=95%）。     

基于光腔衰荡光谱法测量CO_2结果的不确定度分析

光腔衰荡光谱法作为极具潜力的基准分析方法已在气体成分量测量领域得到了广泛的应用。本研究建立了一套高精度光腔衰荡光谱分析系统,并利用重量法配置的空气中二氧化碳(CO_2)标准气体对其性能进行了评估。在此基础上,对影响CO_2浓度测量的各参数进行了不确定度分析,得出测量结果相对扩展不确定度为0. 48%(k=2,p=95%)。     

温室气体浓度监测的光腔衰荡光谱研究进展

全球气候变化给人类生活带来的影响受到世界各国的普遍关注,温室气体是影响和改变全球气候的关键因素之一,限制和降低温室气体排放量成为人类发展的重要议题.温室气体大多都在10"(每百万个气体分子中所含该种气体分子的个数)级别,且气体分子结构差异大,因此传统方法很难获得较高的精度,而光腔衰荡光谱法是能解决该难题的关键技术之一....     

基于红外吸收光谱技术的CO2同位素测量研究进展

全球气候变暖形势加剧,温室气体排放是关键因素之一。二氧化碳作为主要温室气体,对其高精度监测技术是实现温室气体追踪的基础。在此基础上监测二氧化碳同位素组份,不仅可以实现高精度浓度监测,还能够区分不同排放源的碳循环过程贡献,实现人为排放和自然排放的追踪和溯源。发展高精度二氧化碳同位素监测技术对提升碳排放清单准确性,优化碳减排措施等具有重要意义。在自然界中,碳同位素气体浓度通常为大气浓度的10^-6倍,并受测量条件的影响,这导致了碳同位素测量难度加大。综述了红外吸收光谱技术测量二氧化碳稳定同位素浓度的研究进展,分析了高灵敏度稳频光腔衰荡光谱技术的原理及研究进展,并展望了稳定同位素光谱研究的未来方向。光腔衰荡光谱技术作为新兴光学检测技术,克服了传统方法测量精度不足、灵敏度低等缺陷,或成为新一代温室气体及同位素丰度测量标准方法。     

基于连续波激光器衰荡腔吸收光谱的痕量气体探测方法

本文描述了一种采用连续波激光激发衰荡腔光谱测量痕量气体浓度的实验装置。CRDS是基于比尔定律的吸收光谱技术,通过将光耦合到含有样品的高精细度光学谐振腔并测量光衰减速率来测量样品浓度的。它提供了绝对的和高精度的分子浓度的测量方法。这种技术只需要激光二极管提供单一模式的适度的激光功率,使系统易于运输。近红外区域,很容易与周围环境温度二极管访问包含了泛频振动能级和禁止的许多重要物体的电子跃迁。我们的研究重点是研究连续波激光激发衰荡腔光谱的性质,以增加这些物体的检测灵敏度。具体来说,我们正在研究在范围从ppb到ppt范围湿度测量。最近,我们获得了比吸收谱测量方法更好的检测极限灵敏度1x10-11cm-1Hz-1/2。我们将讨论该设备及其应用,目前的表现数据。     

气体中痕量水蒸气测量技术进展

气体中水蒸气含量测量在工业生产和科研领域发挥至关重要的作用。随着许多工业生产和科研领域对气体水分含量更加严格的测试要求,对于气体中水蒸气含量测量灵敏度的要求也越来越高。目前测量nmol/mol痕量水分的仪器方法有可调谐二极管激光吸收光谱法、光腔衰荡光谱法、大气压离子质谱仪法;达到这个痕量水平的传感器类测量技术有石英晶体微天平法、冷镜露点法、阻容法、电解法。针对这些测量方法的优缺点以及今后的发展趋势进行了论述分析,通过克服测量过程中的干扰因素,可在一定的程度上提高痕量水含量的测量准确性,对促进痕量水含量准确测量技术的发展有所裨益。     

基于差分模式激发光声光谱法的气体检测系统研究

本文介绍了一种新型光声光谱检测方法—差分模式激发光声光谱法,该方法通过计算同一光声池内两种不同声共振模式下光声信号强度的比值,间接测得被测气体浓度值。结合适当的滤光片,可实现对不同气体的测量。本文以高效数据处理芯片DSP作为核心处理单元,简化了系统结构,提高了响应速度,便于修改程序,改进检测算法。实验结果表明,在压力为98000Pa温度为295K的条件下,对丙酮蒸气的检测极限度可达23ppm.m-1。     

光腔衰荡光谱法测定高纯气中的痕量甲烷

采用质量流量控制器分别控制氮中甲烷标准气体以及被测高纯氮气的流量,通过设计不同的流量稀释比例,获得了不同"甲烷加标浓度"水平的氮气样品。测量结果表明,光腔衰荡光谱仪(CRDS)在0～3nmol/mol范围内对甲烷呈良好线性响应。通过标准加入法,测得高纯氮气中甲烷含量为0. 3nmol/mol,扩展不确定度为0. 2nmol/mol。     

介质阻挡放电等离子体中HO2自由基的红外光腔衰荡光谱原位诊断

建立了一套以可调谐半导体激光器做光源的连续波光腔衰荡光谱装置，简单介绍了连续波光腔衰荡光谱技术与脉冲光腔衰荡光谱技术的区别。将连续波光腔衰荡光谱技术与介质阻挡放电等离子体技术相结合，对等离子体中的HO2自由基进行了原位定量测量，同时考察了HO2自由基数密度随放电电压和体系中氧气含量变化情况。实验结果表明：随着放电电压和体系中氧气含量的增加而增加的HO2自由基数密度分别出现极大值。     

基于光声技术的火灾气体探测系统设计

近年来，针对标识性气体的探测成为火灾探测技术中发展最活跃的领域之一。将可检测极低浓度的某一气体的光声检测技术应用于极早期火灾气体产物的检测是一个新的尝试，将可能实现高灵敏度、高可靠性的火灾探测。但常规光声气体检测设备结构复杂、价格昂贵，必须恰当的重新设计才能应用到火灾探测系统中。分析了该技术在火灾探测中应用的关键问题,并提出了一种利用光声腔和光源间的“自由吸收路径”进行测量的光声气体探测系统，避免了对光源的窄带滤波要求，实现了在线式的气体检测。起始状态下，光声腔密封有纯CO气体，吸收光源中4.6 μm的辐射，产生一定强度的初始光声信号；当火灾气体产物流经吸收路径时，其中的CO气体吸收使到达光声腔的光辐射在4.6 μm波长上发生衰减，导致光声信号减弱，这个信号的变化量就反映了吸收路径中的CO气体浓度。     

Sagnac效应在连续波腔衰荡微量气体浓度测量系统中的应用

基于环形光路的Sagnac效应及腔衰荡测量技术原理,本文提出了一种新型的连续波腔闲置不用衰荡微量气体浓度测量系统.系统中利用环形光路的Sagnac效应,将光纤环作为一个等效反射镜,与高反射率镜形成衰荡腔,实现衰荡腔的反射率可调,从而降低系统对入射光强度的要求,对信号处理提供了条件.在此基础上,文中对环形光路Sagnac...     

半导体激光器自混合效应对连续光腔衰荡技术的影响

根据光腔衰荡(CRD)原理开展了高反镜反射率测量技术的研究.采用基于半导体激光器自混合效应的连续光腔衰荡技术(SM-CRD)测量高反射率腔镜,不但简化了CRD技术应用的结构装置,同时也大大提高了入射光与衰荡腔之间的耦合效率.给出了半导体激光器由于自混合效应引起的频谱变化,分析了反馈光强度对半导体激光器输出特性的影响.使用反射率为99.914%的腔镜建立了1 064 nm高反射率测量装置,测量精度达到10-5量级.实验结果表明,使用该装置测量腔镜的反射率,不但大大降低了系统的成本,而且有利于提高系统的测量精度和稳定性.