水蒸气的浓度是半导体密封元器件生产过程的重要指标之一,水蒸气的浓度超标将对半导体的产品质量造成严重影响,开发高灵敏度、高精度的实时水蒸气检测技术至关重要。搭建了一套基于离轴积分腔吸收光谱技术的低浓度水蒸气测量实验装置,反射镜的反射率为0.99920,有效光程为250 m,探测时间为0.025 s。通过激光光束离轴入射到激光谐振腔提高了谐振腔的模式密度,从而提高了积分腔输出吸收光谱的信噪比。利用该装置对水蒸气在7036.5 cm ^-1附近的吸收进行测量,探测灵敏度为7.07×10 ^-6 cm ^-1,测量误差小于5%。分别向腔内注入不同浓度的水蒸气,对系统的在线连续测量性能进行了测试,结果表明该系统可达到工艺应用的要求。

以外腔式可调谐、 窄线宽近红外半导体激光为光源, 以一对曲率半径r=1 000 mm的宽带高反射率平凹镜(反射率R=99.97%)构成的腔长为650 mm的对称高精度光学稳定腔, 建立了腔增强吸收光谱系统。详细研究了纯净N2O气体、 以及N2O和N2的混合气体在不同浓度和不同气压下、 中心波长位于6 561.39 cm-1的腔增强吸收光谱、 光谱强度和谱线宽度, 该腔增强吸收光谱系统的有效吸收光程可达1 460 km。获得了光谱线宽与气体压强的关系曲线, 导出了波数6 561.39 cm-1处N2对N2O的压力展宽系数为(0.114±0.004)cm-1·atm-1。采用该腔增强吸收光谱系统, 开展了N2O气体检测研究, 建立可用于定量检测的N2O气体腔增强吸收光谱强度与气体浓度关系曲线, 获得了2.34×10-7cm-1的检测灵敏度, 多次重复测量的相对标准偏差(RSD)为1.73%, 在微量N2O气体检测中具有很好的应用前景。

基于离轴腔增强光谱检测技术，以可调谐近红外半导体激光器作激光光源，以反射率为99.97%平凹镜组成的光学谐振腔作吸收池，建立了高灵敏度离轴腔增强光谱污染气体检测系统，获得了N2O气体在6 561.39 cm-1的吸收光谱.通过对不同浓度N2O样品气体吸收光谱测量，建立了气体浓度与光谱线强度的关系，讨论了气体压强与光谱线宽、检测灵敏度等问题.研究结果表明，离轴腔增强光谱检测技术的检测极限达到了86 ppm, 是一种设备成本低、操作方便、灵敏度较高、稳定性良好的吸收光谱技术，可以很好地实现微量气体的快速检测.

为了改善腔增强吸收光谱的探测灵敏度和光谱分辨率,通过将激光光束离轴注入光学谐振腔中,减小了谐振腔内振荡,提高了模式密度,使得谐振腔被近似看作为“怀特池”。采用记录波长在扫描过程中实际变化的方法,对光谱数据进行了非线性校正,省去了参考光路的布置,简化了实验光路。对二氧化碳在1.572 μm处的一条弱吸收谱线进行了测量,得到了大小为1.98×10-7 cm-1的最小探测灵敏度。实验结果表明同等实验条件下,光束离轴入射时比正轴入射时的腔增强吸收光谱具有更高的信噪比和光谱分辨率。

利用离轴积分腔输出光谱技术,采用同时扫描激光和谐振腔腔长的方法,使用分布反馈布拉格二极管激光器探测了1.573 μm附近CO2的吸收光谱,得到很好的信噪比和灵敏度,探测灵敏度达到4×10-8 cm-1(信噪比为2,1 s积分时间)。用非线性最小二乘拟合吸收谱线方法对积分腔输出光谱已经不再适用,会造成自加宽系数变宽为实际自加宽系数的2.39倍左右,对空气加宽系数测量影响较小。为了得到正确的谱线线宽参量,应该对吸收系数进行拟合,该结论从理论和实验上得到了证明。

Hartmann-Shack(H-S)人眼波前传感器噪声主要是角膜的反射光.本文用模拟人眼对消噪声的两种方法进行了实验研究.首先,对使用偏振分光棱镜(PBS)的H-S系统,在系统出瞳不变,入瞳变化的条件下测量了对应的信噪比.实验证明:与采用薄半透半反镜相比,在光线斜入射消除PBS内部反射噪声的前提下,该方法可使信噪比提高到11:1.其次,对离轴入射法进行实验研究,获得200:1信噪比,最后对上述两种方法获得的光斑点阵进行了比较分析.