本文對(duì)離軸積分腔輸出光譜技術(shù)(Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy,OA-ICOS)開展研究,并將該方法應(yīng)用于高靈敏度、原位在線測(cè)量水中溶解痕量氣體技術(shù)研究。通過主動(dòng)引入白噪聲擾動(dòng)激光器的方法有效地抑制了腔模式噪聲,實(shí)現(xiàn)了非充分離軸積分腔系統(tǒng)中信噪比的提高,為進(jìn)一步發(fā)展高精密的原位測(cè)量技術(shù)提供了重要的參考�；贠A-ICOS技術(shù)設(shè)計(jì)了一種具有高穩(wěn)定性的內(nèi)嵌式積分腔結(jié)構(gòu),并放置在溫度可控的保溫箱內(nèi),確保光學(xué)探測(cè)模塊的溫度穩(wěn)定。研究了系統(tǒng)非耦合輻射輸出信號(hào)對(duì)有效吸收信號(hào)的影響,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、探測(cè)器和高反鏡的參數(shù),選擇1550nm高通濾光片對(duì)多參量氣體測(cè)量系統(tǒng)的光路進(jìn)行了優(yōu)化。將射頻(Radio Frequency,RF)白噪聲擾動(dòng)注入到激光器驅(qū)動(dòng)電流,研究了注入的RF噪聲功率對(duì)腔模噪聲的抑制效果及對(duì)吸收線型的影響。結(jié)果表明,注入的RF噪聲功率越高,腔模噪聲越低,吸收光譜的線寬也隨之增加,但吸收光譜的積分面積并沒有受到影響,而對(duì)應(yīng)的二次諧波信號(hào)(2f)隨之減弱。信噪比分析結(jié)果表明,用于OA-ICOS系統(tǒng)和波長(zhǎng)調(diào)制OA-ICOS系統(tǒng)(WM...

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 研究背景及意義
    1.1 天然氣水合物
        1.1.1 天然氣水合物的特征
        1.1.2 天然氣水合物資源的全球分布
        1.1.3 我國(guó)天然氣水合物資源的分布
    1.2 天然氣水合物原位探測(cè)技術(shù)
        1.2.1 生物傳感技術(shù)
        1.2.2 半導(dǎo)體氣敏傳感器
        1.2.3 水下原位質(zhì)譜儀
        1.2.4 光學(xué)傳感技術(shù)
    1.3 國(guó)內(nèi)天然氣水合物原位勘探技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目標(biāo)和主要工作內(nèi)容
第二章 積分腔輸出光譜測(cè)量技術(shù)原理
    2.1 吸收光譜技術(shù)基本原理
        2.1.1 Beer-Lambert定律
        2.1.2 譜線線型
    2.2 高精細(xì)度光學(xué)諧振腔
        2.2.1 光學(xué)諧振腔模式
        2.2.2 光學(xué)諧振腔的損耗
        2.2.3 光子在腔內(nèi)的衰蕩時(shí)間
    2.3 積分腔的光學(xué)輸出分析
        2.3.1 共振腔的光學(xué)腔輸出分析
        2.3.2 非共振腔的光學(xué)腔輸出分析
        2.3.3 離軸積分腔的光學(xué)分析
    2.4 信號(hào)與噪聲分析
        2.4.1 探測(cè)器噪聲
        2.4.2 激光過量噪聲
        2.4.3 干涉條紋
        2.4.4 殘余腔模式噪聲
        2.4.5 探測(cè)靈敏度
    2.5 小結(jié)
第三章 離軸積分腔光譜測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 積分腔設(shè)計(jì)和光路優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.3 溫控箱和氣路設(shè)計(jì)
    3.4 非耦合輻射對(duì)吸收信號(hào)的影響研究
    3.5 小結(jié)
第四章 白噪聲對(duì)積分腔輸出光譜的影響研究
    4.1 白噪聲對(duì)積分腔輸出光譜(ICOS)的影響
        4.1.1 功率可調(diào)的RF白噪聲源
        4.1.2 RF白噪聲對(duì)共軸ICOS腔模噪聲的抑制作用
        4.1.3 RF白噪聲對(duì)離軸ICOS腔模嗓聲的抑制作用
        4.1.4 甲烷濃度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)
    4.2 白噪聲對(duì)波長(zhǎng)調(diào)制離軸積分腔輸出光譜(WM-OA-ICOS)的影響
        4.2.1 信號(hào)分析
        4.2.2 噪聲分析
        4.2.3 CH₄濃度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)
    4.3 小結(jié)
第五章 多參量原位氣體測(cè)量樣機(jī)研制
    5.1 測(cè)試原理樣機(jī)
    5.2 系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 濃度測(cè)量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
        5.2.2 系統(tǒng)檢測(cè)限標(biāo)定
        5.2.3 系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度對(duì)比
    5.3 測(cè)量水中析出氣體濃度
    5.4 小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果



本文編號(hào)：3835536