第30卷，第12期 2010年12月
光谱学与光谱分析 Spectro6copy and Spectral Analysis
Vol. 30,No. 12pp3174-3178
December，2010
可调谐二极管激光吸收光谱技术参数选择及优化高楠"，杜振辉1·，唐邀"，杨杰文1，杨春梅"，汪曦1
1.天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072 2.天津市环境监测中心，天泽300191
摘要可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)系统性能受调制参数，如调制度、调制频率、扫描幅度及打描频率影响，实际测量中各参数不存在明确的选择依据。针对此问题，文章在一定的理论基础上通过实验分别观察各调制参数对二次谐波信号的影响，通过分析检测信号的特征，如幅值、信噪比、对称性及峰宽得出其变化规律，总结出在不同系统功能和霄求下系统各调制参数的优化依据及方法。系统在计算浓度和温度时应优先考虑幅值和信噪比，从而使调制度达到最佳值，调制频率和描频率取较小值；在线形推导压强时优先考虑信号的对称性和峰宽，根据计算的其体要求确定调制参数；扫描幅度的确定以得到完整请波信号为准；再根据系统的速度和精度需求调整扫描频率。该研究为此类系统工作状态的确定提供了实验依据。
关键词可调诺二极管激光吸收光谱；调制参数；二次谐波信号；参数选择
中图分类号：0433.4 引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn, 1000-0593(2010)12-3174-05
号的影响及选择依据未被提及。针对此现状，本文以TD LAS系统的调制参数为研究对象，对其进行了理论分析，并从系统实际测量得到的实验数据分析和总结各调制参数对检
可调诺二极管激光吸收光谱技术（tunablediodelaserab sorption spectroscopy，TDLAS)自20 世纪70年代由Hinkley 和Reid等提出1.2]，具有高灵敏、高分辨、快速应等特点，近些年来随着可调谐半导体激光器的发展，使得其在.工.业及环境检测等领域被广泛应用3。TDLAS技术通过激光器察动电流的变化实现发射激光波长的调制，输入电流的调制信号为锯齿波信号叠加高频正弦信号，测其系统的性能由四个主要的调制参数，即调制度、调制频率、扫描幅度和打描频率共同决定，各参数对检测信号的影喇方式及程度存在差异，这使得测量系统的优化问题因检测目的的不同而更加复杂，调制参数的设定要针对不同的检测需求面变化，
Werle对TDLAS系统从原理上进行了较为全面的综述，在调制度的选择上保证信号幅值最大，但对于调制频率与扫描频率仅给出了取值范围而没有给出取值依据。Silver研究了调制度和调制频率对信号幅值、线性度以及信噪比的影响，同样没有针对选择依据进行讨论(s]。Supplee和Kluczyn-ski分别对调制度和调制赖率这两个参数进行理论层面上的研究(6.7)，而扫描幅度和扫描频率以及各调制参数对检测信
收稿日期：2010-03-06，修订日期：2010-06-08
测信号的影响，进而给出系统参数选择及优化的方法和依据。
TDLAS调制参数及信号特征
TDLAS系统中，激光器的输出通过驱动电流进行调制，调制波形由一个低频的基波和一个高频的正弦波组成。基波一般为锯齿波，它的扫描实现了激光的波长改变，正弦波是为了谐波探测和抑制噪声，在激光器的中心频率附近，以固定的扫描频率不停地打描吸收线，每个谐波谱线的幅度正比于衰量气体的浓度，谱线的形状和幅值同时包含温度和压强信息。
归一化的调制度定义为波长调制幅度除以被测吸收谱线的半高宽)。经过理论推导，经由锁相放大器解调得到的n 次谐波线形是激光频率和调制度的雨数["]，其谱线的各点幅值只与其所在的波长位置和系统的调制度有关，调制度是影响信号幅值及线形的首要因素。
调制频率和谐波次数的选择对系统噪声抑制有很大的影
基金项目：图家高技术研究发展计划(863计划)项月(2006AA06ZA10)和天津市自然科学基金项目（06YFJMJC06700)资助
作者简介：高楠，1982年生，天津大学精密仪器与光电子工程学院博士研究生
“通讯联系人
万方数据
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