第32卷，第1期 2012年1月
普分析
光谱学
与光
请
Spectroscopy and Spectral Analysis
中、远红外双波段激光器发射光谱测量与评估
威，邹前进，闫宝珠
袁圣付，罗
410073
国防科技大学光电科学与工程学院，潮南长沙
Vol.32,No.1,pp8387
January，2012
摘要在分析中远红外双波段(氟化氛与一氧化碳)激光器发射光谱的基本特征和分光型谱仪存在高级次光谱混叠等问题的基础上，选定Tensor37干涉型遥测光谱仪并利用黑体标定出仪器响应函数；对中、远红外双波段激光器光谱进行了模拟测量和实际测量，分析评估了双波段激光器的谱线成分、峰值变化、测量精
度和相对强度等，为双波段激光器的介质参数计算、运转参数优化以及红外应用提供有效数据。关键词光谱测量与评估；中红外；远红外；双波段激光器；红外应用
中图分类号：TN248.5；O433.1
引言
文献标识码：A
中波红外(3~5μm)和长波红外(8~12μm)位于大气窗日，对应于多种红外目标的热辐射峰值波段，3～5μm和8 ～12um红外焦平面器件及其系统应用广泛，是当前研究和应用的热点和重点之一[1-]。中、远红外双波段或多波段复合探测和器件研制是未来的发展趋势，其中的关键是研制出国内空白的高性能中、远红外双波段激光器，该器件可用于红外焦平面器件与系统标定、干扰机理与效应研究等方面，双波段激光器的特点是通过同一诸振腔从两种气流增益介质中提取激光，同时输出氟化尔(DF)和二氧化碳（CO）两种分子振动一转动跃迁激射的中、远红外两个波段激光。由于两种介质在增益系数、激射区长度、光腔静压等参数上差异很大[7.8]，需要针对输出耦合率、光轴位置、腔压匹配等间题进行优化研究，否则双波段激光器的提取效率会很低。输出光谱包含了DF和CO激光在谐振腔内增益介质中振情况的综合信息，光谱测量是双波段激光器研制诊断的重要手段。因此，获取有效光谱数据对双波段激光器的红外应用和研制诊断都具有重要价值。
本工作先采用单波段DF和CO激光器来替代中、远红外双波段激光器，对双波段激光器的发射光谱进行模拟测量，在评估和解决中、远红外双波段光谱测量中存在的相关
间题之后，对双波段激光器光谱进行了实际测量。 1光谱仪选择
光谱仪主要是根据双波段激光器的光谱特征和测量要求收稿日期：2011-04-22，修订日期：2011-06-06
基金项目：国家自然科学基金项目(10974255，10304025)资助
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)01-0083-05
来选择的。双波段激光器光谱的基本特征是：分立、线状、窄线宽、多谱线，中波红外激光的双原子DF分子振动（v≤ 3)-转动(J)跃迁P支激射谱线最小间隔约2nml*，长波红外激光的三原子CO：分子00°1+10°0/02°0跃迁P支激射谱线最小间隔约10nm)。测量的基本要求是：光谱时间分辨率应该不小于1Hz，以便较好地利用光谱数据进行诊断分析；谱线的相对强度要准确，以使计算介质静温和激射带间相对粒子数比等参数(")。由于双波段激光器的线状、分立光谱区间宽(3～12μm)，且存在光谱分辨率、时间分辨率要求，测量难度较大，因此，光谱仪的选择至关重要。
从技术原理上来讲，光谱仪主要包括分光型和干涉型两大类。分光型谱仪通常采用光栅分光，存在高级次光谱间题，对于双波段激光器来讲，DF波段(3.5～4.1um)谱线的 3级衍射谱刚好和CO波段（9.0~11.0μm)的谱线混叠在一起，需要专门配置滤光片，且两台同时或两次测量才能区分得到双波段光谱；此外，高分辨率多光栅单色仪（单元探测器)还存在扫描速度慢等问题，而商业化中红外多光栅光谱仪(线阵探测器）像素分辨率目前通常大于4nm，存在光谱分辨率较低等问题，因此，分光型谱仪不能解决双波段激光器的发射光谱测量问题。
常用的傅里叶变换干涉型谱仪通常作分光光度计测样品吸收光谱，也不能解决双波段激光器发射光谱的测量问题；但遥测用新型干涉型谱仪可以用于发射光谱测量(11)。因此，选择Bruker公司Tensor37型遥测谱仪用于双波段激光器发射光谱测量，该谱仪采用中波锑化钢（InSb)和长波碲汞(MCT)复合探测器，在1cm*1光谱分辨率情况下（对应4μm 处分辨率约1.6nm，对应10μm处分辨率约10nm)，500~
作者简介：衰圣付，1975年生，国防科技大学光电科学与工程学院副教授万方数据
e-mail; shengfuyuan_bb@163. com