1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 电子科技大学光电科学与工程学院, 四川 成都 610054
压强是工业生产过程中的一个重要参数, 其准确测量是过程控制的关键。 气体分子光谱线型和线宽取决于分子间相互作用和温度、 气压等因素, 利用窄线宽气体吸收光谱的压力展宽效应, 可通过高分辨地测量气体吸收谱线得到压强信息, 实现压力计校准。 提出了一种基于光腔衰荡光谱技术和气体吸收谱线压力展宽效应的压力计校准方法。 采用5.2 μm可调谐量子级联激光器, 基于连续光腔衰荡光谱技术建立了压力计校准实验装置。 室温下, 测量水汽在1 877 cm-1附近的一吸收谱线, 线宽为0.084 21 cm-1, 重复性测量误差小于1.53×10-4 cm-1, 对应的压强大小为98.12 kPa, 检测灵敏度优于0.18 kPa, 与高精度压力计读数98.14 kPa一致。 利用测试谱线线宽与压强的关系得到压力展宽系数(0.087 12±0.000 965) cm-1·atm-1, 与HITARN数据库参考值0.087 1 cm-1·atm-1一致。 实验校准了一小量程压力计。 结果表明基于光腔衰荡光谱的高分辨吸收谱线测量在压强检测和压力计校准领域具有很好的应用前景。
光腔衰荡光谱 量子级联激光器 压力展宽 Cavity ring-down spectroscopy Quantum cascade laser Pressure broadening 光谱学与光谱分析
2018, 38(4): 1031
北京航空航天大学“惯性技术”重点实验室, “新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室, 北京 100191
碱金属气室是基于原子无自旋交换碰撞弛豫的超高灵敏惯性和磁场测量装置的核心敏感器件。 碱金属气室内气体的含量会对原子的弛豫以及系统其他参数的选取产生很大的影响, 因此精密测量气室内混合气体各自的压强具有重要的意义。 当气室内存在气体时谱线会出现压力展宽和频移, 且压力展宽远大于自然展宽和多普勒展宽, 因此仅考虑压力展宽。 利用压力展宽、 频移的大小与气体压强存在的函数关系, 提出一种基于原子吸收光谱的碱金属气室内多种混合气体压强测量方法。 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 得到光学深度曲线, 并用洛伦兹函数对其拟合, 测得多种混合气体引起的单种碱金属原子的混叠压力展宽和频移, 再根据已知的单种、 单位压强气体引起的单种碱金属原子的压力展宽和频移, 联立计算得到多种气体各自的压强。 当存在n种碱金属时, 最多可以测量4n种混合气体的压强。 仿真结果表明, 该方法适用于入射激光未被原子完全吸收的情况; 激光功率和频率的波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响低于0.4%的数量级, 而温度波动在1%～10%的数量级时, 测量精度影响高达30%的数量级。
原子吸收光谱 气体压强 压力展宽 频移 Saturated absorption spectrum Gas pressure Pressure broadening Frequency shift
武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
CO2作为温室气体主要成分对全球气候有重要的影响。现有的被动观测设备都只能获得单点上空的CO2浓度值，而差分吸收激光雷达在探测CO2方面具有巨大优势，可以获得较高的时空分辨率。然而，在利用差分吸收激光雷达探测CO2浓度时，其中的压力增宽有不可忽视的重要影响。基于此着重对压力增宽进行分析，提出新的修正算法，新方法同经典算法相比较，减小了反演过程中的误差。实验中分别对一例仿真信号和实测信号进行反演，最终获得了CO2浓度垂直廓线分布较为理想的结果，验证了新修正算法的可行性。
大气光学 压力增宽 修正算法 差分吸收 光学学报
2012, 32(11): 1101003
综合考虑铷原子两种同位素频移、压力展宽和D1、D2线的超精细分裂作用，建立了一个物理模型，结合实验参量，计算分析了铷原子D1、D2线的超精细光谱结构，得到与实验基本一致的模拟结果。定量分析了铷蒸气池中所充缓冲气体压强、组分和蒸气池温度对铷原子D1、D2线的光学碰撞截面的影响，计算比较了不同气压时铷原子D1、D2线的线型与线宽信息，得到了一组优化参数组合，为深入理解碱金属原子D1、D2线的展宽机制及其与半导体激光的线型匹配提供了理论依据。
激光光学 碱金属原子吸收线宽展宽 建立模型 铷蒸气激光 压力展宽 超精细光谱结构 碰撞截面 中国激光
2011, 38(s1): s115001
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
计算和测量了Rb+(Ar,N2)混合蒸气中Rb(5P3/2)共振能级的有效辐射率。使用单模半导体激光器(抽运激光)将Rb原子激发至5P3/2态,另一调谐到5P3/2→7S1/2的单模激光束(检测激光)与抽运光束反平行通过样品池,并在池的径向平行移动,通过检测激光束的吸收测定了激发态原子密度及其空间分布。由于辐射陷获存在,有效辐射率为自然辐射率与透射因子(发射的光子在探测区域内没有被吸收的平均概率)的乘积。5P3/2原子密度及其空间分布结合5P3/2←5S1/2跃迁线的碰撞增宽计算了透射因子,从而得到了不同Ar或N2气压下,Rb D2线的有效辐射率。对5P3/2-Ar系统,在不同气压下测得的D2线强度比值与有效辐射率计算值的比值相符。对于5P3/2-N2系统,研究了电子态向振动态的碰撞转移,得到了转移截面。
激光光谱 有效辐射率 辐射陷获 压力增宽 N2)混合蒸气
1 中山大学超快激光光谱学国家重点实验室,广州,510275
2 荆州师范学院物理系,胡北,荆州,434100
3 中山大学超快激光光谱学国家重点实验室,广州510275
4 中山大学电子系,广州,510275
采用半经典密度矩阵理论和迭代法,并考虑到小型光泵亚毫米波激光器的压力增宽效应,对小型光泵亚毫米波激光的理论计算模型进行了修正,其计算结果与实验结果符合得较好。
亚毫米波激光 NH3分子 压力增宽 submillimeter wave laser NH3 molecules pressure broadening effect
本文使用0.82 μm AlGaAs激光二极管(LD)观测H2O分子(0,0,0)—(2,1,1)泛频振动吸收谱,获得822.6～823.2 nm波长范围内H2O分子26条泛频吸收谱线.其中,检测谱线的最小吸收系数αmin～3×10-6 cm-1,对α～1×10-4 cm-1谱线所获得的信噪比(SNR)约60.本文还观测了气体压强对泛频谱线形、线宽的影响,测量了泛频谱线的压强增宽系数βp～0.128 MHz/Pa.
泛频振动谱 压强增宽
