二氧化碳作為由人類活動(dòng)產(chǎn)生的第一大溫室氣體,其分子吸收躍遷光譜參數(shù)對(duì)監(jiān)控全球二氧化碳濃度與分布、限制碳排放和保證碳交易的公平等具有非常重要的價(jià)值。但目前使用的光譜測(cè)量方法存在一些不足,難以精確得到二氧化碳躍遷譜線的展寬與壓窄等光譜參數(shù)。本文基于光腔衰蕩光譜技術(shù)（Cavity Ring-down Spectroscopy,CRDS）,以分子振轉(zhuǎn)吸收光譜和熱力學(xué)理論為基礎(chǔ),對(duì)CRDS系統(tǒng)進(jìn)行研究分析,提出了一種高精度鎖定衰蕩裝置和測(cè)量方法,實(shí)驗(yàn)測(cè)量了二氧化碳在1.6微米附近的五條躍遷譜線,獲得了二氧化碳精密分子光譜參數(shù),具體來講,本文的研究?jī)?nèi)容主要有以下五個(gè)方面:1、從分子能級(jí)出發(fā),分析了分子對(duì)于特定頻率光子的吸收原理,將衰蕩腔的損耗與腔內(nèi)光子的壽命聯(lián)系起來,闡述了光腔衰蕩光譜技術(shù)的基本測(cè)量原理。2、提出了一種腔長可調(diào)節(jié)的光學(xué)衰蕩裝置。通過對(duì)光腔衰蕩系統(tǒng)的分析及腔長鎖定原理的研究分析,構(gòu)建出衰蕩腔的透射模型,通過設(shè)計(jì)光路系統(tǒng)和電路系統(tǒng),建立起高精度鎖定衰蕩裝置的測(cè)量系統(tǒng)。3、搭建基于電光調(diào)制器的鎖定衰蕩裝置系統(tǒng)。利用穩(wěn)頻的He-Ne激光器作為參考光源,使用電光調(diào)制器對(duì)激光調(diào)制出的正邊帶作為... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

DOAS系統(tǒng)原理圖

近紅外CO2精密分子光譜測(cè)量研究4器，光源和檢測(cè)器就可以測(cè)試近、中、遠(yuǎn)波段，得到的光譜是對(duì)多次數(shù)據(jù)采集求平均后的結(jié)果，每次完整的測(cè)量與數(shù)據(jù)的采集在幾秒內(nèi)完成，大大提高測(cè)試的效率。盡管相比較于之前的紅外光譜技術(shù)，傅立葉紅外變換光譜技術(shù)測(cè)量性能有很大的提高，但本身也存在不少的缺陷。首先是樣品的制作比較復(fù)雜，而且有可能會(huì)因操作或其他因素對(duì)樣品形態(tài)造成破壞，無法保證樣品表面的干凈度；再者在定性分析的時(shí)候，需要把實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)譜圖和標(biāo)準(zhǔn)物的數(shù)據(jù)譜圖進(jìn)行比較，而一種化合物的光譜和所表現(xiàn)的形態(tài)與所處的環(huán)境有直接關(guān)系，此外濃度的高低、純度的大孝儀器的精密程度均有可能對(duì)最后的結(jié)論造成較大影響，解析過程十分復(fù)雜，工作量大；此外傅里葉變換儀體積較大，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量有較大的困難，計(jì)算時(shí)間很長，不能即時(shí)或短時(shí)獲得待測(cè)氣體的濃度等相關(guān)信息。圖1.2傅里葉變換光譜技術(shù)系統(tǒng)原理圖Fig1.2SchematicdiagramofFouriertransformspectrumtechnologysystem1.2.3可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectrosco-py,TDLAS），是分子光譜技術(shù)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。該技術(shù)可以反演出樣品分子的絕對(duì)含量，進(jìn)而得到溫度、質(zhì)量流量等相關(guān)信息，是一種無損

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文5測(cè)量的技術(shù)[2]。隨著激光技術(shù)的進(jìn)步和儀器精度的提升，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)測(cè)量的分辨率和響應(yīng)特性得到大幅度地提高。通過合理設(shè)計(jì)光路，調(diào)節(jié)反射鏡的反射角度，可使有效光程顯著增加，現(xiàn)已用來測(cè)量痕量氣體，逐漸在物理和化學(xué)等領(lǐng)域占據(jù)一定的席位[3]。圖1.3為中國計(jì)量科學(xué)研究院的TDLAS系統(tǒng)的原理框圖[4]。圖1.3可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)系統(tǒng)原理圖Fig1.3SchematicdiagramofTunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopytechnologysystem可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)悠愤M(jìn)行絕對(duì)定量評(píng)估，且裝置簡(jiǎn)單。但不足之處是過分依賴于高水平測(cè)量的微小功率變化，探測(cè)激光在光學(xué)系統(tǒng)傳輸中引入的任何噪聲都會(huì)降低該技術(shù)的靈敏度，必須選擇光功率較強(qiáng)的激光器及靈敏度較高噪聲較低的探測(cè)器，同時(shí)需要精細(xì)調(diào)節(jié)光路中反射鏡的反射角度和透鏡的位置來獲得較長的吸收光程等，這些限制因素導(dǎo)致可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)僅限用于檢測(cè)10-3的吸光度，對(duì)于探測(cè)激光單次吸收樣品池而言，其吸光度在10-7~10-8范圍內(nèi)，這與理論散粒噪聲水平相差甚遠(yuǎn)。對(duì)于目前已經(jīng)報(bào)道的研究中，光譜信噪比一般為2500：1左右，對(duì)于許多類型的應(yīng)用場(chǎng)合，此檢測(cè)極限是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。1.2.4光腔衰蕩光譜技術(shù)光腔衰蕩光譜技術(shù)（Cavityring-downspectroscopy，CRDS），是一種高靈敏度的光譜技術(shù)，它不直接測(cè)量樣品分子的相關(guān)信息，而是將光子的壽命和腔體的損耗聯(lián)系起來，通過測(cè)量光強(qiáng)的衰減時(shí)間，進(jìn)而通過各參數(shù)之間的相互關(guān)系擬合出譜線參數(shù)，并進(jìn)而確定低至萬億分之幾的摩爾分?jǐn)?shù)。目前，已被廣泛用于研究

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]點(diǎn)排放源中二氧化碳濃度的測(cè)量研究[J]. 鄒冰妍,林鴻,張亮,馮曉娟,趙不賄,張金濤.  計(jì)量學(xué)報(bào). 2019(02)
[2]基于PDH（Pound-Drever-Hall）技術(shù)諧振腔腔長反饋鎖定研究[J]. 許夏飛,萬敏,魯燕華,張雷,謝剛.  激光雜志. 2015(03)
[3]基于光纖電光調(diào)制器的PDH頻率鎖定穩(wěn)定性研究[J]. 馬維光,趙剛,付小芳,李志新,譚巍,董磊,張雷,尹王保,賈鎖堂.  中國激光. 2014(01)
[4]基于量子級(jí)聯(lián)激光器光腔衰蕩光譜技術(shù)的痕量氨氣檢測(cè)[J]. 曲哲超,李斌成,韓艷玲.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2012(05)
[5]3種方法實(shí)現(xiàn)461 nm外腔倍頻激光器的鎖定[J]. 彭瑜,趙陽,李燁,曹建平,方占軍,臧二軍.  中國激光. 2010(02)
[6]用光腔衰蕩光譜方法精確測(cè)量高反鏡的反射率[J]. 孫福革,戴東旭,解金春,孫龍,房本杰.  中國激光. 1999(01)
[7]大氣中CO2增加引起全球變暖和海平面上升及其對(duì)珠江三角洲可能的影響[J]. 唐永鑾,陳國能,曹軍建,江濤.  重慶環(huán)境科學(xué). 1993(05)

博士論文
[1]連續(xù)波環(huán)形腔震衰減光譜測(cè)量技術(shù)研究[D]. 崔立紅.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2016
[2]大氣小分子的激光光腔衰蕩光譜線型研究[D]. 談艷.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[3]基于連續(xù)波腔衰蕩光譜的痕量氣體檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 李志新.山西大學(xué) 2015
[4]高靈敏光腔衰蕩光譜測(cè)量痕量氣體分子[D]. 陳兵.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于光腔衰蕩光譜法測(cè)量CO痕量氣體成分的探索[D]. 趙欣月.長春理工大學(xué) 2017
[2]偏振光反饋光腔衰蕩高反射率測(cè)量技術(shù)研究[D]. 祖鴻宇.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
[3]利用Fabry-Perot腔抑制電光相位調(diào)制中的剩余幅度調(diào)制[D]. 陳玉華.華東師范大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3438414