基于波导二氧化碳激光器的光声光谱系统

摘要

光声光谱技术作为一种高灵敏度,高选择性的测量方式,是检测微量气体含量的最佳手段之一,该文首先介绍了光声光谱的的发展过程和近年来光声光谱技术领域内的新成果,以及该技术的特点和适用领域.该文详细介绍了波导激光器的谐振腔理论,分析了谐振腔中的传输模式和损耗.在波导激光器谐振腔理论的基础上设计了小型的波导二氧化碳激光器.该激光器的光学谐振腔的长度为1米,在腔内放入光声池的情况下,它的输功率达1.2W,可用于激发光声信号,腔内激光功率达83W.该文详细推导了光声池的声传线理论,在光声池传输线理论的基础上,设计了用做腔内吸收的光声池,对该光声池的结构参数、共振频率和Q值等作了理论分析和计算,得到了优化的光声池结构,并通过实验进行了检验,结果证明了研究人员光声池设计的是合理的.用波导二氧化碳激光器做光源,设计研制了腔内吸收的微量气体光声光谱检测系统,并对系统的工作特性进行了实验研究.利用该光声光谱仪对空气中的臭氧浓度进行了实测,测量灵敏度达到ppt量级.该光谱仪还可以对C<,2>H<,4>、NH<,3>等多种微量气体进行高灵敏度和连续地测量.该技术的的实现为生物科学的基础研究和大气污染物的检测提供了更为有效和方便的手段.

目录

文摘

英文文摘

第一章：引言

1-1：光声光谱技术的发展历史

1-2：光声光谱技术的特点和应用

1-3：本文的主要工作

第二章：波导二氧化碳激光器的设计

2-1：二氧化碳激光器理论

2-2：波导激光器谐振腔

2-3：圆波导本征模的传输常数和损耗特性

2-3-1：圆波导本征模的传输常数

2-3-2：决定波导模传输损耗的各种因素

2-3-3：圆波导中的最低损耗模式

2-3-4：波导传输损耗的具体计算

2-4：波导激光器的反馈方法及耦合损耗

2-4-1：波导激光器的反馈方法

2-4-2：波导腔模与耦合损耗的一般概念

2-4-3：无限大反射镜对EH11模的耦合

2-4-4；匹配反射镜对EH11模的耦合损耗

2-4-5：非匹配反射镜对EH11模的耦合

2-5：波导CO2激光器的设计

第三章：光声光谱检测的基本原理

3-1：原理简介

3-2：光声池的传输线理论

3-3：光声池的设计

第四章：实验装置及低浓度臭氧光谱特性的研究

4-1：实验装置和过程

4-2：实验系统特性研究

4-3：臭氧的测量

4-3-1：臭氧的研究意义

4-3-2：臭氧的分子特性

4-3-3：环境中臭氧含量检测实验

第五章：结论和展望

5-1：结论

5-2：大气环保检测方面的应用

5-3：生物学方面的应用

参考文献

致谢