1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心, 福建 厦门 361000
4 中国科学院大学, 北京 100049
甲醛 (HCHO) 是一种重要的大气反应活性指示剂和城市大气气溶胶的前体物, 影响着对流层中的氧化容量。此外, 作为一种有毒气体, 过量的 HCHO 还会对人体健康造成极大的危害, 因而实现 HCHO 的痕量检测有着十分重要的意义。综述了国内外 HCHO 痕量探测的研究进展, 对 HCHO 的探测方法特别是光谱学探测方法, 从探测原理、探测谱线以及光源的应用等多方面进行了详细的介绍。此外, 对比了几种典型的 HCHO 标定装置, 并从探测灵敏度、响应度、选择性、成本以及集成化等多个方面对不同痕量 HCHO 光谱学探测技术进行了分析与总结, 最后对不同探测技术的外场测量应用进行了介绍。
光谱学 HCHO 痕量检测 光谱探测技术 探测谱线 光源 标定装置 spectroscopy HCHO trace detection spectroscopy detection technology absorption line light source calibration device
1 江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 211100
2 东南大学能源与环境学院，江苏 南京 210096
在使用TDLAS技术测量高温燃烧环境下CO2浓度分布时，由于流场的分布非均匀性以及近红外波段的CO2谱线吸收较弱且容易受H2O的吸收干扰，使得二维浓度场的重建测量尤为困难。为解决上述问题，本文提出了一种基于TDLAS技术的非均匀流场二维浓度分布重建方法。该方法利用CO2的吸收谱线R（50）具有R2f/1f在中心频率处的幅值近似满足线性叠加关系这一特点，使用单条谱线的吸收信息结合代数迭代算法，实现了非均匀流场的CO2浓度场重建。仿真与试验结果表明，在正交投影方式下测量的CO2浓度与烟气分析仪测量结果的最大相对误差小于13%，平均相对误差为4.16%，整体分布趋势与烟气分析仪测量的结果相似。
吸收谱线 代数迭代算法 正交投影 TDLAS TDLAS absorption line algebraic iterative algorithm orthogonal projection
Author Affiliations
Abstract
National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin150001, China
A single-frequency pulsed holmium-doped yttrium lithium fluoride (Ho:YLF) amplifier pumped by a Tm-doped fiber laser was demonstrated. The seed was an injection-seeded Q-switched Ho:YLF laser. The output energy from the single-frequency pulsed amplifier was 24.2 mJ, with a pulse width of 250 ns at a pulse repetition frequency (PRF) of 100 Hz. The energy stability during 30 min was improved to 1% after the single-frequency pulsed Ho:YLF laser was amplified. The line width of the single-frequency pulsed spectrum of the Ho:YLF amplifier was 2.81 MHz. The single-frequency pulsed Ho:YLF amplifier can be applied to differential absorption lidar (DIAL), since its output spectrum is around the P12 CO2 absorption line.
differential absorption lidar Ho:YLF amplifier P12 CO2 absorption line single frequency High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e39
1 北京工商大学计算机与信息工程学院, 北京 102488
2 中国计量科学研究院, 北京 100029
针对光腔衰荡光谱(CRDS)的吸收光谱曲线,利用MATLAB工具软件和最小二乘算法对常用的6种气体吸收光谱拟合算法(VP、GP、AVP、AGP、SDVP、SDAVP算法)进行编程,并设计了参数设置、拟合结果显示等界面化窗口;通过CRDS采集已知浓度CO2气体的吸收光谱;采用6种算法对吸收光谱进行拟合实验,比较6种不同线型算法的拟合误差。拟合结果显示:拟合曲线和测量点几乎完全重合;AVP算法拟合的平均残差最大,为3.1748×10 -3, GP及AGP算法的平均残差最小,为1.3212×10 -3,由此验证了6种线型算法在气体吸收光谱曲线拟合中的可行性;AVP算法的运算时间最短,为1.7516 s,SDAVP的运算时间最长,为389.682 s,GP算法的运算时间小于AGP算法。综合考虑残差与运算时间后认为,GP算法最适用于CRDS光谱线型的拟合。
光谱学 气体光谱 吸收线型 拟合算法 光腔衰荡光谱法 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 193004
西南科技大学 信息工程学院， 四川 绵阳621010
NH3的检测具有广泛的应用，采用光声法检测NH3是当前研究的热点，而确定NH3的吸收谱线则是实现光声法检测NH3的前提。采用外腔可调谐半导体激光器构造了光声气体检测系统，检测了NH3的近红外吸收谱线，获得了常温常压下NH3在1 515~1 532 nm范围内的吸收光谱。实验确认了NH3在1 515.2,1 516.0,1 518.0,1 519.9,1 522.4,1 527.0，1 531.7 nm处存在强吸收。HITRAN 2004光谱数据库在近红外1.5 μm波段NH3的吸收谱线数据未见报道，该结果为研究光声法检测NH3提供了更多可选择的吸收谱线。
光声光谱 外腔可调谐半导体激光器 吸收谱线 NH3检测 photoacoustic spectroscopy external cavity tunable semiconductor laser absorption line ammonia detection
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于超窄线宽激光特性和激光器波长扫描技术, 通过对一氧化碳气体近红外吸收光谱的测量及分析, 设计了一氧化碳气体多参数实时在线检测系统。 系统采用超窄线宽可调谐半导体激光器作为光源, 利用气体直接吸收光谱测温法, 实现了一氧化碳气体温度实时检测。 根据所测温度值并结合气体浓度差分检测原理, 实现了一氧化碳气体温度和浓度同时测量。 利用超窄线宽激光器波长扫描技术还测得了不同温度下一氧化碳分子在6 354.179和6 383.09 cm-1附近的吸收谱线并进行了Voigt拟合和分析。 实验结果表明, 系统温度测量最大相对误差小于4%, 长时间稳定性实验, 温度最大相对波动小于3.5%; 系统浓度测量最大相对误差小于5%, 最小检测限为0.05%。 该气体多参数检测系统精确度高、 稳定性好, 可用于电力变压器故障气体状态实时在线监测。
一氧化碳吸收光谱 超窄线宽激光 多参数测量 波长扫描技术 吸收线强 Carbon monoxide absorption spectrum Ultra-narrow-linewidth laser Wavelength scanning technology Absorption line strength Multi-parameter detecting 光谱学与光谱分析
2011, 31(10): 2829
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Changchun130012, China
2 Centre for Microsystems and Photonics, Dept. of Electronic & Electrical Engineering, University of Strathclyde, Glasgow, UK, G1 1XW
3 Dept. of Electronics, Electrics and Systems, University of National Malaysia, Selangor, Malaysia, 43600
光谱学与光谱分析
2011, 31(7): 1814
燕山大学 电气工程学院,河北 秦皇岛 066004
为了进一步提高1.5 μm 波段激光器的频率稳定性,利用声光调制器(AOM)的频移特性使激光发生频移,将乙炔(12C2H2)的υ1+ υ3 带的P9 支吸收峰作为参考频率,通过两条频移的吸收谱线产生类色散鉴频曲线,实现对外腔半导体激光器的无调制频率锁定。实验中把以前直接对激光器的调制转移到声光调制器上,避免了直接调制所引入的额外噪声,通过闭环锁定,50 s 内典型的频率起伏达到5.8 MHz 以内,激光器的频率起伏较自由运转时明显得到抑制,实现了激光频率的稳定。
激光技术 外腔半导体激光器 分子吸收线 声光频移 无调制锁频 laser techniques external cavity diode laser molecular absorption line acousto-optic frequency shifting modulation-free frequency locking
合肥微尺度物质科学国家实验室, 中国科学技术大学化学物理系, 安徽 合肥 230026
为实现中红外波段的高精度线型研究, 建立了一套在2.5～5 μm波段连续可调谐的中红外差频激光光谱测量系统。基于宽带连续可调谐钛宝石激光器(700～900 nm)和单频连续Nd:YAG激光器(1064 nm), 利用碘多普勒展宽吸收和频率调制技术, 对Nd:YAG激光的频率进行反馈控制, 使1064 nm的Nd:YAG激光的波长稳定性好于1×10-5 cm-1。由此差频输出的波长稳定性达到1×10-4 cm-1水平, 适合高精度的线形研究。并通过对CH4分子在2927 cm-1附近吸收谱线的测量, 表明该系统可以结合频率调制方法, 进行高灵敏的光谱检测。
非线性光学 中红外激光 吸收线形 激光稳频 差频产生 频率调制光谱术
山西大学物理电子工程学院量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
利用声光调制器(AOM)的偏频特性,以CH4分子吸收线R9支一条强吸收线(λ=1.6378 μm)作为参考频率,实现了对外腔式半导体激光器的无调制频率锁定。实验中在100 s内典型的频率起伏小于5.6 MHz,较激光器自由运转时的频率起伏34 MHz有了显著的改善,而误差信号的阿仑(Allan)方差平方根(即稳定度)在平均积分时间为16 s时达到最小值5.75×10-10。该方法实现了基于气体分子吸收线的半导体激光器无调制锁频,并且CH4分子在1.6～1.7 μm处有丰富的振转光谱,满足光纤通信中对激光器输出波长的要求,可应用于光纤通信中激光光源的频率锁定。
激光技术 无调制锁频 声光调制 密集波分复用 分子吸收线
