1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料省级重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
3 中国科学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
4 台湾云林科技大学工程学院, 台湾 云林 64002
激光吸收光谱常被用于测量大气痕量气体,但某些气体在某波长附近会出现多条谱线重叠的现象,导致吸收信号产生重叠峰。以NH3气体为例,研究6529 cm -1附近的4条重叠谱线,通过Voigt线型模拟不同压强下的谱线,搭建直接吸收光谱测量实验系统。实验发现,低浓度NH3气体的谱线峰值并没有随着压强的减小而减小,反而逐渐增大。由于NH3存在吸附性,因此,采用无吸附性的CH4气体进行验证。结果表明:当气体压强为0.18 atm(≈18 kPa)时,实验谱线与模拟谱线相差最小,NH3的最大吸收峰吸光度与气体浓度成正比。研究结果为后续多气体测量过程中的干扰问题提出了解决方法。
光谱学 激光吸收光谱 谱线重叠 直接吸收 线型函数 气体压强 激光与光电子学进展
2019, 56(19): 193003
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
1 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
2 上海航天控制工程研究所, 上海 200233
利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量, 碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数, 需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法, 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 进行Lorentz线型拟合, 经解算同时得到原子密度和压强, 一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响, 从这两个方面进行了仿真分析。结果表明, 充入2 amg缓冲气体时, 313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时, 其峰值误差小于0.1%, 表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略, 可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响, 得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。
原子吸收光谱 原子密度 气体压强 Lorentz线型 Atomic absorption spectrometry Atomic number density Pressure of buffer gas Lorentz profile
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
建立了封闭水平管道中激光传输热效应物理模型，详细研究了降低气体压强对光束质量变化的影响，辨别了热传导、浮力对流传热机制的转换时间与光束质量、光斑质心漂移转换时间的关系；数值模拟了气体吸收不同激光能量，在不同压强下的温度分布、附加相差和远场光束质量、光斑质心漂移的变化。结果表明，气体温度分布与气体热光系数两种因素共同决定远场光束质量变化的大小，而光束质量转换时间与两种传热机制转换时间一致，光斑质心漂移转换时间略有滞后；降低管道中气体压强，可较大地改善远场光束质量。
激光光学 热晕 气体压强 光束质量 转换时间
吉林大学 原子与分子物理研究所， 长春 130012
实验通过二极管记录透射光信号随脉冲个数变化关系以及观测样品烧蚀形貌来研究不同实验条件对激光烧蚀的影响。使用的样品是厚度为50 μm铝箔。实验中通过研究不同变量:激光焦点与样品的相对位置、激光的能量、背景气体压强以及脉冲形状对烧蚀加工过程和结果的影响，从而获得较好烧蚀效果的条件，达到控制烧蚀加工过程的目的。特别是通过使用不同形状的脉冲和具有一定规律的脉冲序列对样品进行烧蚀，发现某些形状的整形脉冲烧蚀结果明显优于变换极限脉冲。说明脉冲整形作为一种新的技术可以在激光精细钻孔领域得到更深入的研究和应用。
整形脉冲 烧蚀 激光能量 气体压强 激光焦点位置 shaped pulse ablation laser energy ambient pressure focus position 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2381
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南250061
基于气体的差分吸收检测原理和超窄带半导体激光器的光谱扫描技术, 设计了一种高精度分布式二氧化碳气体检测网络。 系统采用超窄带可调谐半导体激光器作为光源, 设计了新型气室结构, 通过方波信号对光源光谱进行调制, 消除了其他气体成分和灰尘颗粒的干扰, 并结合空分复用技术, 实现了二氧化碳的实时分布式检测。 利用超窄带光谱扫描技术测得了不同压强下二氧化碳分子在1 572.66 nm附近的弱吸收谱线并进行了分析。 实验结果表明系统浓度最低检测限为0.005%, 测量最大相对误差小于3%; 逐次充入一定体积二氧化碳气体, 动态响应时间小于8 s。
扫描技术 超窄带光谱 二氧化碳吸收光谱 气体压强 分布式检测 Scanning technology Ultra-narrow-bandwidth (UNB) spectrum Carbon dioxide absorption spectra Gas pressure Distributed detection 光谱学与光谱分析
2011, 31(8): 2044
实验研究了小口径铜蒸气激光器(CVL)输出特性与缓冲气体压强的关系。实验测出放电管有效阻抗随氖压在2.0 kPa到10.0 kPa范围内升高而增加。存在最佳氖压值2.7 kPa,使激光输出功率最大。随着氖压升高输出激光脉冲持续时间先降低后增加,极值处氖压为4.7 kPa。输出光束截面空间强度分布在高压下边缘强中心弱的情形更为严重。
铜蒸气激光器 缓冲气体压强 输出特性
