超连续光腔衰荡光谱技术应用的研究

摘要

光腔衰荡光谱技术是一种新型的吸收光谱技术,其主要应用为超高反射镜的反射率的测量和微量气体追踪探测。当这项技术应用于气体探测时，由于不同的气体具有不同的吸收波段，这时就需要光腔衰荡光谱技术的光源为宽光谱的光源。白光超连续光源是一种新型的宽光谱光源，它是使用超短脉冲激光通过高非线性介质，由于介质的非线性过程实现了超宽的光谱输出。本文对飞秒激光超连续辐射作为光源的光腔衰荡光谱技术的应用展开了研究。
　　论文首先进行了光腔衰荡光谱技术的理论描述，研究和分析了光腔衰荡光谱技术所使用的腔长、腔镜等因素对实验结果的影响。然后，研究了飞秒激光在非线性介质中产生的超连续辐射，分别以飞秒激光耦合到蓝宝石光纤中以及利用飞秒激光经微透镜阵列在熔融石英中成多光丝的方法得到了符合光腔衰荡光谱技术要求的超连续光源。最后，以超连续光源为基础，建立了超连续光腔衰荡光谱技术的实验装置，探测和分析了在腔内充满不同浓度水蒸气的条件下，腔衰荡时间的变化规律。此外，论文还利用吸收光谱技术对飞秒激光在空气中成丝产生的氮氧化物和臭氧的时间演化进行了定量分析，实验结果表明，空气中成丝后二氧化氮产生的速率比三氧化氮产生速率高三个量级。这一工作对于研究激光成丝诱导水冷凝和雪的形成都用非常重要的意义。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 光腔衰荡光谱技术的概述

1.3 光腔衰荡光谱技术的基本原理

1.4 光腔衰荡光谱技术的应用

1.5 超连续光源的概述及其应用

1.6 研究目的和意义

1.7 本文的主要工作

第二章 飞秒超连续辐射的原理

2.1 超连续产生的基本原理

2.2飞秒激光在空气中成丝的物理模型

2.4 本章小结

第三章 飞秒超连续辐射的产生

3.1 引言

3.2 飞秒激光通过蓝宝石光纤得到的超连续光源

3.3 飞秒激光经微透镜阵列在熔融石英中得到的超连续辐射

3.4 STM-1-UV超连续光源

3.4本章小结

第四章 运用超连续光腔衰荡光谱技术探测水蒸气的实验

4.1引言

4.2实验装置

4.3 实验结果及其分析

第五章 对飞秒激光在空气中成丝产生的氮氧化物和臭氧的时间演化的光谱定量分析

5.1 实验装置的建立

5.2实验结果及其分析

5.3 本章小结

总结

致谢

参考文献