红外激光光谱气体吸收特性测量与检测技术研究

摘要

红外激光光谱技术是一种基于气体红外指纹吸收特性的气体检测技术，由于其固有的高灵敏、高分辨、快速检测特性，使其在环境、工业过程控制等领域得到广泛的应用。本文围绕基于红外激光光谱的气体吸收特性测量与检测技术，结合红外激光光谱气体检测技术发展方向和应用需求，针对新型中红外激光光源、多组分及多通道检测等关键技术开展了深入的研究工作。
　　 本文研究了基于差频转换方法的室温运转宽调谐中红外相干光源和光谱检测系统。通过两台小型室温运转近红外调谐半导体激光在非线性晶体PPLN中的差频混频，实现了3.2-3.7μm范围连续相干光输出;对PPLN晶体的差频准相位匹配特性进行了理论研究，从准相位匹配技术的一般位相关系出发，推导了PPLN晶体差频准相位匹配的温度和波长匹配带宽的精确解析表达式：对系统差频转换的输出特性进行了实验研究和理论分析，通过对CH4基频高分辨红外光谱的检测展示了基于差频转换的中红外相干光源在激光红外光谱检测技术的应用价值和潜力。研究了红外激光光谱气体检测的多组分、多通道检测方法。对分频调制多组分检测方法进行了实验分析，重点解决多路技术中的调制频率选择问题。提出了光开关分时多路和分时扫描多路两种新型的多组分检测方法，并针对具体检测目标开展了实验研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1环境大气污染现状及检测需求

1.2红外激光光谱气体检测技术

1.3本文的研究内容和论文安排

第二章红外激光光谱测量原理

2.1红外分子光谱

2.2红外光谱检测技术

2.3中红外激光光源

2.4非线性光学差频转换原理

2.5红外激光光谱气体检测方法

2.6小结

第三章宽调谐差频中红外激光光谱系统

3.1差频中红外相干光源系统组成分析

3.2宽调谐差频中红外激光光谱系统设计和关键部件

3.3 PPLN晶体差频准相位匹配特性研究

3.4 PPLN晶体差频准相位匹配带宽特性的理论研究

3.5小结

第四章差频中红外激光光谱系统的实验研究

4.1 DFG系统输出特性的实验研究

4.2 DFG系统匹配带宽特性的实验研究

4.3气体吸收线形

4.4 CH4分子的高分辨光谱检测

4.5基于差频激光光源的定量光谱检测

4.6小结

第五章红外激光光谱多组分多通道气体检测方法研究

5.1分频调制多组分气体同时检测

5.2基于光纤光开关的分时多组分气体检测

5.3基于光开关的光纤分布式多光路气体检测

5.4分时扫描多组分同时检测

5.5多路抽取分时采样的多点检测

5.6小结

第六章总结

附录一:参考文献

附录二:攻读学位期间的工作

致谢