基于光纤激光器和光纤放大器的光声光谱仪

摘要

大气污染监测、电力系统设备故障判断以及人类健康医学诊断等很多领域都涉及到微量气体检测，光纤传感和激光光谱等技术在微量气体检测中得到了广泛的应用。基于气体吸收的近红外光声光谱技术具有高灵敏度、大动态范围、响应时间快、能够在线测量等优点，得到的广泛的研究和应用。 本论文首先以双能级系统为模型，详细的分析了光声光谱技术理论，包括光吸收和光声信号的产生；详细的介绍了波长调制技术以及与其相关的二次谐波检测技术，为光声光谱气体检测实验提供理论依据。 本文首次将掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器相结合作为光声信号激发光源应用于光声光谱系统，论文详细的介绍了铒离子的光放大原理，详细的介绍了环形腔掺铒光纤激光器的原理与结构，以及双向泵浦结构的掺铒光纤放大器结构，并将掺铒光纤激光器与半导体激光器进行对比，阐述了光纤激光器用于光声光谱系统的优势。 本论文研制了基于可调谐光纤激光器和掺铒光纤放大器的光声光谱系统，选择乙炔和氨气在1.5μm带的吸收对分别对其进行了光声光谱检测。同时结合波长调制和锁相放大器的二次谐波探测技术，提高了系统的信噪比，得到了较高的检测极限灵敏度。实验结果表明，在常温常压下，对乙炔和氨气的检测极限灵敏度分别为1.3ppb和6ppb，并且谐波峰值与气体浓度成良好的线性关系。本论文的意义在于：1)对乙炔和氨气的检测结果满足了环境污染监测、工业、农业和医学等领域对乙炔和氨气检测的需要；2)进一步推广了近红外光声光谱系统的应用，加快了近红外光声光谱系统走出实验室的步伐。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1选题依据及意义

1.2红外光谱气体检测方法概述

1.3气体光声光谱技术发展历史及现状

1.4光纤激光器与光纤放大器的发展

1.5课题开展的工作及论文的主要内容

2气体光声光谱检测技术

2.1 光声信号的产生原理

2.2波长调制与二次谐波探测技术

3 掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器

3.1铒离子的光放大原理

3.2掺铒光纤激光器(EDFL)

3.3掺铒光纤放大器(EDFA)

4基于TEDFL和EDFA的光声光谱系统

4.1 系统组成

4.2乙炔检测

4.3氨气检测

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢