可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)技術結合半導體激光器可調諧的特點及氣體分子對特定波長能量光的吸收特性,憑借靈敏度高、響應時間短等優(yōu)勢廣泛應用于氣體濃度檢測。TDLAS技術氣體濃度檢測包括波長調制、氣體吸收、二次諧波解調等環(huán)節(jié),吸收信號的二次諧波分量攜帶氣體濃度信息,用于計算氣體濃度。利用MATLAB對氣體檢測過程進行了信號仿真,并利用數字鎖相放大算法提取了二次諧波信號,驗證了二次諧波與氣體濃度的關系。通過仿真分析了二次諧波信號隨調制系數的變化關系,以便確定較佳的調制參數,為后續(xù)系統搭建與氣體檢測實驗提供參考。

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【部分圖文】：

圖1 調制后的激光器輸出信號

如圖1所示為調制后的激光器輸出信號。在實際系統中，激光器的輸出中心波長和輸出功率會隨著注入電流的不同發(fā)生較為復雜的變化[9-10]。半導體激光器的非線性影響因素仿真中一般難以實現，因此忽略非線性影響得到激光器輸出信號與驅動調制信號波形一致。3.2氣體吸收信號仿真

圖2 氣體的Lorentz吸收線型

氣體的吸收光譜在地球低空附近主要由碰撞展寬引起，自然展寬和多普勒展寬可忽略不計[11]，因此仿真氣體吸收光譜線時可近似認為是Lorentz線型，CO2吸收譜線強度等相關參數可通過HITRAN數據庫查詢。為方便仿真，Lorentz線型函數中的相關參數設為比實際數值大的簡單整數或小數....

圖3 探測器測得的的調制吸收信號

在氣體吸收池內覆蓋氣體吸收譜線的光能量被氣體充分吸收，探測器測得該調制吸收信號如圖3所示，圖中凹陷處便對應氣體吸收能量最多的吸收峰處，探測信號包含了激光器的調制信號。3.3二次諧波信號仿真

圖4 鎖相解調的一次和二次諧波信號

利用鎖相放大器可從調制吸收信號中提取出二次諧波，進而推出氣體濃度。鎖相放大器的實質為傅里葉變換器，由相關檢測原理可知，其輸出信號只與輸入信號中與參考信號一致的頻率有關，其他頻率的信號不會對輸出信號產生影響[13-14]。因此，在鎖相放大器的仿真過程中，參考信號的頻率為正弦信號頻率....

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