【摘要】：時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù),如腔衰蕩光譜技術(shù)(Cavity Ring-down Spectroscopy,CRDS)和相移光譜技術(shù)(Phase-shift Spectroscopy,PSS),是近三十幾年發(fā)展起來(lái)的一類新型吸收光譜檢測(cè)技術(shù),它具有探測(cè)靈敏度高、響應(yīng)速度快、不受光源強(qiáng)度起伏變化影響等優(yōu)點(diǎn),一直是科研人員們研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的吸收光譜技術(shù)都是基于Lambert-beer定律,如直接吸收光譜技術(shù)(DAS)、波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)和腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)(CEAS)等,這類光譜技術(shù)在探測(cè)物質(zhì)微弱吸收的時(shí)候一旦遇到較強(qiáng)的背景光信號(hào)就變得難以測(cè)量,而且光源的不穩(wěn)定性也會(huì)對(duì)檢測(cè)帶來(lái)一定的限制。時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù)由于其不受光源強(qiáng)度起伏變化的特點(diǎn),在很大程度上能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)吸收光譜技術(shù)所存在的缺陷。本文首先對(duì)腔衰蕩光譜技術(shù)和相移光譜技術(shù)的基本原理做了介紹,同時(shí)分析了諧振腔的一些基本特性。從原理中可以發(fā)現(xiàn),腔衰蕩光譜技術(shù)和相移光譜技術(shù)除了光源有所不同外,其余元件基本相同。那么,該類光譜技術(shù)從本質(zhì)上講,其實(shí)就是諧振腔對(duì)于不同光源的動(dòng)態(tài)響應(yīng),不同的光譜技術(shù)對(duì)應(yīng)不同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了對(duì)時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù)進(jìn)行研究,引入傳感器理論,提出將諧振腔看作是一階傳感系統(tǒng),用一階傳感系統(tǒng)理論對(duì)時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù)進(jìn)行分析,并推導(dǎo)時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù)在一階傳感系統(tǒng)理論下方程式。接著利用一階傳感理論推導(dǎo)而得的方程式分析P-CRDS系統(tǒng)中激光脈寬對(duì)系統(tǒng)的影響以及PSS系統(tǒng)中調(diào)制相對(duì)深度對(duì)系統(tǒng)的影響。在P-CRDS系統(tǒng)中,通過(guò)模擬仿真發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光脈寬不滿足遠(yuǎn)小于諧振腔時(shí)間常數(shù)的條件時(shí),擬合得到的時(shí)間常數(shù)和真實(shí)時(shí)間常數(shù)之間會(huì)存在誤差。對(duì)一系列變化的脈寬和諧振腔時(shí)間常數(shù)進(jìn)行模擬,得到一系列相對(duì)應(yīng)的擬合時(shí)間常數(shù)。通過(guò)對(duì)這三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到三者的關(guān)系表達(dá)式,利用該表達(dá)式實(shí)現(xiàn)對(duì)擬合誤差的修正,使得在一定范圍內(nèi),修正后的擬合時(shí)間常數(shù)的誤差小于1%,滿足系統(tǒng)測(cè)量要求。在PSS系統(tǒng)中,通過(guò)模擬仿真發(fā)現(xiàn),在調(diào)制相對(duì)深度較小的時(shí)候,會(huì)存在擬合誤差,影響測(cè)量精度;在調(diào)制相對(duì)深度大于0.23時(shí),誤差小于0.1%。最后針對(duì)P-CRDS系統(tǒng)和PSS系統(tǒng)搭建了相應(yīng)的測(cè)量平臺(tái)。通過(guò)測(cè)量CRDS系統(tǒng)的穩(wěn)定性,分析該系統(tǒng)的最佳積分時(shí)間為38s。在大氣氣溶膠消光系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,對(duì)比日本汀}誑蒲а芯克兄頻腃APS-EXT消光儀的測(cè)量結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者一致性較好。在PSS系統(tǒng)中,測(cè)量不同頻率下的入射參考信號(hào)與探測(cè)信號(hào)的相位差和探測(cè)信號(hào)峰-峰值,通過(guò)由一階傳遞函數(shù)推導(dǎo)而得的相頻特性和幅頻特性,擬合得到時(shí)間常數(shù),同時(shí)計(jì)算出腔鏡的反射率。從測(cè)量結(jié)果上看,兩種方法得到的結(jié)果基本一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了一階傳感系統(tǒng)理論完全適用于時(shí)間相關(guān)吸收光譜的信號(hào)分析,并且一階傳感系統(tǒng)理論還使得時(shí)間相關(guān)吸收光譜技術(shù)的理論得到了統(tǒng)一。
【圖文】：

譜技術(shù)進(jìn)行研究，并獲得了不菲的成果。２００８年，美國(guó)的Ｃｒ0ＳＳ0ｎ，Ｅ．Ｒ．團(tuán)隊(duì)［３５］為了逡逑對(duì)造成地球溫室效應(yīng)的甲烷、水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量，開(kāi)發(fā)了一種基于逡逑腔衰蕩光譜（ＣＲＤＳ）的溫室氣體分析儀，如圖１－１所示為該分析儀的基本組件框圖。逡逑該溫室氣體分析儀中使用了兩個(gè)不同波段的分布式反饋（ＤＦＢ）激光器作為光源，，一逡逑個(gè)中心波長(zhǎng)為１６０３ｎｍ，用來(lái)測(cè)量（：０２，另一個(gè)中心波長(zhǎng)為１６５１１１１１１，用來(lái)測(cè)量＜：１１４逡逑和Ｈ２０，這兩個(gè)分立的ＤＦＢ激光器發(fā)出的激光經(jīng)光開(kāi)關(guān)來(lái)選擇通過(guò)。該儀器采用的逡逑腔體在空腔下的時(shí)間常數(shù)為ｒ邋＝邋４０ｕｓ，在每隔５秒測(cè)量一次，一共測(cè)量５００次的監(jiān)測(cè)逡逑結(jié)果下得到該儀器探測(cè)Ｃ０２的探測(cè)極限為ｌＯＯｐｐｂ，探測(cè)ＣＨ４的探測(cè)極限為０．５ｐｐｂ，逡逑探測(cè)Ｈ２０的探測(cè)極限為５０ｐｐｍ。逡逑３逡逑

Ｔｉｍｅ邋／｜ｉｓ逡逑圖４－１時(shí)入射光光強(qiáng)信號(hào)圖逡逑該脈寬下的脈沖光進(jìn)入諧振腔后的透射光強(qiáng)歸一化圖像如圖４－２所示：逡逑１．０－１逡逑＼邐邐邋Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋Ｌｉｇｈｔ逡逑０．８－邋＼逡逑１邋＼逡逑＾邋０．６－邋＼逡逑Ｉ邋－邋＼逡逑０．２－邋＼逡逑０．０－邐逡逑Ｉ邐Ｉ邐１邐Ｉ邐＇邐Ｉ邐１逡逑１００邐２００邐３００邐４００邐５００逡逑Ｔｉｍｅ／ｕｓ逡逑圖４－２邋／邋＝邋０．５瓜，ｒＤ邋＝邋５０ｚｕ時(shí)透射光強(qiáng)歸一化圖逡逑最終截取透射光強(qiáng)信號(hào)峰值的０．０５－０．９倍區(qū)間進(jìn)行擬合，圖４－３所示為逡逑２４逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O433.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2710983