【摘要】：隨著人們對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)安全的重視,氣體監(jiān)測(cè)、分析儀器或技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。本課題利用具有優(yōu)良光學(xué)性能的摻鉺光子晶體光纖作為增益介質(zhì),研究了光纖氣體傳感的傳感結(jié)構(gòu)及傳感光源對(duì)系統(tǒng)傳感靈敏度的影響。本文首先根據(jù)氣體檢測(cè)的工作原理,歸納了目前常見的氣體痕量技術(shù),分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),指出光學(xué)分析法相比其它氣體傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。闡述了光譜吸收型光纖氣體傳感設(shè)備及方案的優(yōu)良特性,綜述了國內(nèi)外光纖傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀。從應(yīng)用角度從發(fā),分析了光纖環(huán)形腔激光器應(yīng)用于氣體傳感的優(yōu)勢(shì)�；贓r~(3+)能級(jí)理論,闡述了激光的形成過程。利用激光速率方程導(dǎo)出光纖激光環(huán)形腔中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)及光子數(shù)量表達(dá)式�；诩t外吸收光譜法的傳感原理,結(jié)合光子數(shù)量與吸收強(qiáng)度表達(dá)式對(duì)提高氣體傳感靈敏度的方法進(jìn)行了分析,討論了激光器的泵浦方式對(duì)氣體傳感系統(tǒng)的影響。最后,分析了常見氣體在近紅外石英光纖低損耗窗口的吸收光譜。理論和實(shí)驗(yàn)分析了寬帶激光光源的工作原理及輸出特性,指出寬帶激光光源存在一個(gè)最優(yōu)氣體傳感泵浦功率。介紹了系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件及作用,在最優(yōu)氣體傳感泵浦功率條件下,闡述了耦合器的輸出耦合比對(duì)外腔和內(nèi)腔兩種氣體傳感系統(tǒng)測(cè)量靈敏度及測(cè)量誤差的影響,確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后,研究了氣體壓強(qiáng)對(duì)兩種氣體傳感結(jié)構(gòu)及傳感靈敏度的影響,進(jìn)行了乙炔氣體的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定及濃度反演,比較了兩種氣體傳感結(jié)構(gòu)的傳感性能。而后,針對(duì)吸收光譜與環(huán)境變化關(guān)系進(jìn)行了研究。利用光纖布拉格光柵構(gòu)建了輸出性能良好的分布布拉格反射光纖激光器,其輸出中心波長(zhǎng)靠近乙炔吸收峰1532.82 nm。采用外腔傳感結(jié)構(gòu),以乙炔為氣體樣品探究該光源傳感性能,由于吸收峰位于激光光譜的邊緣,氣體傳感性能并不理想。針對(duì)這個(gè)問題,基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)研制了一個(gè)寬調(diào)諧窄線寬光纖激光器。對(duì)激光器的調(diào)諧原理和輸出特性進(jìn)行較為詳細(xì)的分析,在乙炔傳感的實(shí)驗(yàn)中,可調(diào)諧光纖激光器的輸出峰值功率與乙炔濃度之間具有良好的線性響應(yīng)關(guān)系。
【圖文】：

圖 2.2 鉺離子發(fā)光能級(jí)圖子 Er3+的光譜特性極其豐富，其歸屬于鑭系元素。摻鉺光纖就是在普通適量 Er3+所組成的增益光纖，，在外界泵浦條件下 Er3+吸收特定波長(zhǎng)的泵態(tài)能級(jí)躍遷到高能級(jí)，形成“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，完成受激輻射放大，其能級(jí)

氣體特征光譜吸收原理
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN253;TN219

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683691