第33卷，第12期 2013年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33,No.12 -pp3419-3424
December : 2013
连续和准连续调制激光吸收光谱的软件锁相解调比较研究
邵欣1，2，刘福贵1，陈文亮”
1.河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津300401
2.天津机电职业技术学院电气电子技术应用系，天津300131 3.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072
摘要根据对激光器施加的调制信号是否连续，波长调制光谱分为连续和准连续调制激光吸收光谱技术。为了深入的比较研究这两种方案，设计准连续调制谱专用的软件锁相放大器，将准连续调制信号因间断产生的无效信号滤除后，再对吸收信号解调得到二次谐波信号。与连续激光调制谱软件解调的二次谐波信号进行广比较，结果表明，参数相同，准连续调制谱比连续调制谱的信噪比提高5%、检测限降低11.3。在滤除无效信号后，准连续调制谱也可以解调出标准的二次谐波信号，因此有望用于与气体线型相关的研究中。该工作为选取更加适用的微光调制谱技术，提供广准确依据。
关键词准连续激光调制谱；无效信号；二次谐波信号；软件锁相放大器
中图分类号：0433.5文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593 (2013 )12-3419-06
特点，加之应用于连续工作的半导体激光器也是可行的，准连续调制谱成为半导体激光器重要工作形式-。
本课题组"使用斯坦福SR844射频锁相放大器分析比
可调谐激光吸收谱（tunable diodelaser absorptionspec-troscopy，TDLAS)系统，即基于半导体激光器的可调谐特性，通过输入电流或温度的改变使激光输出波长不间断对待测气体的单根吸收线扫描，在波长缓慢变化的同时对激光器加以高频调制信号，并对检测信号在调制频率的倍频处用锁相放大器进行解调，从而得到有较高信噪比的二次谐波信号对气体浓度等进行探测-3。由此可见，半导体激光器和锁相放大器皆为TDLAS系统重要部分。半导体激光器决定了 TDLAS系统可检测气体种类和检测限高低，接其工作方式分为连续和准连续（脉冲)两种。TDLAS系统中，准连续工作的半导体激光器，早期的光谱分析中采用直接吸收法.]，受激光光强浮动和外界干扰，其检测灵敏度不高。 Namjoul+和Weidmann5]先后构建了准连续调制谱（quasi-continuous wave wavelength modulation spectroscopy , QCW. WMS)技术，通过对半导体激光器的脉冲和高频复合调制，并使用锁相放大器对气体吸收信号的二次谐波进行检测，获得了比直接光谱分析高的灵敏度。而且，后期研究发现半导体激光器在准连续工作模式下具有宽调谐范围"，7]、优热稳定性、高激光峰值功率输出3和可延长半导体激光器寿命等
收稿日期：2013-05-29，修订日期：2013-07-18
对了准连续与连续激光调制谱（continuouswavewavelength modulationspectroscopy，CW-WMS)的气体检测效果。但是随着对准连续激光调制谱的深入研究，发现准连续调制信号间断产生的无效信号没有滤除直接参与了和参考信号的解调，会使得准连续激光调制谱的检测结果存在较大误差。这是因为准连续调制下的激光器所发射激光经待测气体吸收后，经由光电探测器输出的信号也是间断的。所以采集到的信号包含吸收信号和无效信号，无效信号的存在会影响准连续微光调制谱检测灵缴度。注意到这不回题后，用软件对准连续激光调制检测信号中的吸收信号提取后解调，再与连续调制激光吸收谱信号的解调结果比较研究。希望通过深入比较激光器在两种运转方式下的检测效果，能够为今后TD
LAS技术方案的选取提供较为准确的参考。 1工作原理
有关连续和准连续调制激光吸收光谱的实验机理"本课
题组都已有相关文献阐释清楚，此处不做赞述， 1.1准连续激光调制谱吸收信号的提取
基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ06016501），天津市自然科学重点基金项目(10JCZD)资助
作者简介：邵欣，1980年生，河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室博士研究生，天津机电职业技术学院电气电子技术
e-mail : shaoxinme@ hotmail, com
应用系讲师