二氧化碳作為由人類活動產(chǎn)生的第一大溫室氣體,其分子吸收躍遷光譜參數(shù)對監(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值。但目前使用的光譜測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CRDS系統(tǒng)進行研究分析,提出了一種高精度鎖定衰蕩裝置和測量方法,實驗測量了二氧化碳在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,本文的研究內(nèi)容主要有以下五個方面:1、從分子能級出發(fā),分析了分子對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精密分子光譜測量研究4器，光源和檢測器就可以測試近、中、遠波段，得到的光譜是對多次數(shù)據(jù)采集求平均后的結(jié)果，每次完整的測量與數(shù)據(jù)的采集在幾秒內(nèi)完成，大大提高測試的效率。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，而且有可能會因操作或其他因素對樣品形態(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候，需要把實驗得到的數(shù)據(jù)譜圖和標(biāo)準(zhǔn)物的數(shù)據(jù)譜圖進行比較，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，對于現(xiàn)場測量有較大的困難，計算時間很長，不能即時或短時獲得待測氣體的濃度等相關(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含量，進而得到溫度、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測量的技術(shù)[2]。隨著激光技術(shù)的進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)點是能夠?qū)悠愤M行絕對定量評估，且裝置簡單。但不足之處是過分依賴于高水平測量的微小功率變化，探測激光在光學(xué)系統(tǒng)傳輸中引入的任何噪聲都會降低該技術(shù)的靈敏度，必須選擇光功率較強的激光器及靈敏度較高噪聲較低的探測器，同時需要精細調(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10-3的吸光度，對于探測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。對于目前已經(jīng)報道的研究中，光譜信噪比一般為2500：1左右，對于許多類型的應(yīng)用場合，此檢測極限是遠遠不夠的。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，通過測量光強的衰減時間，進而通過各參數(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】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3438414