第31卷，第4期 2011年4月
谱学与光谱分析光
Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 31, No. 4, pp1015-1019
April,2011
可调谐激光二极管吸收光谱系统信号分析及谱线畸变校正技术研究
鲍伟义1.2，朱永1，陈俊13，陈俊清3，梁
波
1、光电技术及系统教育部重点实验室，重庆大学光电工程学院，重庆
400044
2.中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000 3.中国闪联集因技术中心，重庆401121
摘要利用可调谐激光二极管吸收光谱技术进行气体检测时，波长调制伴随的光强幅度调制，公使解调出的谐波谱线发生畸变。在傅里叶分析的基础上对可调谱激光二极管吸收光谱任意调制幅度的波长调制光谱信步进行了分析，给出了光强幅度调制引起吸收谱线畸变的理论解释。提出了在波长调制过程中进行间步平抑幅度调制的方法来消除谱线畸变，设计了实验方案并进行了二氧化碳气体实验验证。实验表明，平抑后的残余光强调制幅度约比补偿前降低了3个数蛋级，气体吸收谱线二次谐波畸变量比补偿前降低了92%。该方法在有效校正光谱线畸变的同时，降低了对系统中光电探测器、滤波器、数模转换器等环节的动态范围要求，具有在工业现场痕基气体在线监测系统中推广应用的潜力。
关键词可调讲激光二极管吸收光讲；波长调制；信号分析；谐波；谐线畸变校正
中图分类号：（433.1
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)04-1015-05
吸收信号大3个数蛋级以上；常用的光电转换器件和模/数转换器件的动态范围和分辨能力很难保证原始2厂信号的测量精度，从面限制了上述信号处理方法的效果。
可调谱激光二极管吸收光谱（tunablediodelaserabsorp tionspectroscopy，TDI.AS)技术具有高灵敏度，高分辨率等优点；近年来，在流程工业在线痕量气体分析、环境检测及流场诊断等领域引起广泛的关注和研究[14]。根据调制频率和调制幅度的不同，激光调制光谱可以分为波长调制光谱和额率调制光谱。频率调制光讲可以达到很高的检测灵敏度，供其实现的技术难度大，
，检测结果的分析复条。目前TD-
LAS中多采用波长调制光谱技术()，
选择解调后的二次谱波
分量(2)作为检测信号。在TDLAS中，通过改变注入电流来对波长进行调制，而激光器的输出光强随注人电流线性变化，因此在波长调制的间时引人了光强幅度调制。对于2厂信号而言，引人光强辐度调制，增加了探测的奇次谐波成份，使检测到的2厂信号不对称面导缴线形发生畸变，这种畸变对于气体的检测会带来很大的误差。国内外学者提出了
后续数字信号处理的方法米进行谱线校正，其效果依赖于 TDLAS系统的原始2F信号的测录精度。在实际TDLAS系统中，出于对最高检测灵敏度的追求，一般采用最优调制。这种情况下，调制幅度较大，光强余弦调制信号比微弱的2
收稿日期：2010-05-10，修订日期：2010-08-20
本文对任意调制幅度的波长调制光讲信号进行了分析，给出了光强幅度调制引起吸收谱线畸变的理论解释，在此基础上，提出了在波长调制过程中进行幅度调制同步平抑的方法来酒除光谱线略变的方法，设计了实验方案，进行了O
气体实验验证。理论分析
1.1
波长调制
在未饱和的吸收情况下，气体对光的吸收可以用
Beer-Lambert定律L"]来描述
I(v) = I(v)exp[S,(v )PLp]
(1)
其中，I。（v）和I(s)分别为输入光强和透射光强，S为吸收谱线强度，g(vw）为吸收谱线的线型函数，P为气体压力，p 为气体浓度，L为激光穿过气体的长度。气体的吸收线型函数是Voigt函数["]，它是洛伦慈函数和高斯函数的卷积，在不同的温度和气压情况下，可以等效为高斯函数或洛伦兹函数，在常温常压下，压力展宽占优，线型函数用洛伦兹函数表示，
基金项目：国家（863计划)项目(2006AA040311)和中央高校基本科研业务项日(CDZR10120013)资助
作者简介：鲍伟义，1977年生，重庆大学研究生，中国空气动力研究与发展中心工程师万方数据
e-mail; osijr0572en@yahoo, com cn