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 -pp3269-3272
December : 2013
基于可调谐多模二极管激光吸收光谱的二氧化碳浓度测量
高光珍12，陈抱雪1.3*，胡波”，龙秀慧”，李爱萍”，李荣 1.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093
2.滨州学院物理与电子科学系，理论物理研究所，山东滨州256603
3.教育部光学仪器与系统工程研究中心，上海市现代光学系统重点实验室，上海200093
摘要可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)具有高分辨率、高灵缴度和快速测量等特点，是气体探测中的主流技术。使用多模二极管微光器作为光源，将多模二极管微光吸收光谱技术与关联光谱技术相结合有助于提高测试可靠性和稳定性，同时还可有效解决单模二极管激光器长时间工作时中心波长随外界温度或机械特性的变化而发生偏移的间题。以1570nm多模二极管激光器为光源，利用多模二极管激光关联光谱和波长调制的气体测量技术（TMDL-COSPEC-WMS），通过计算待测气体和参考池气体之间二次谐波信号峰值高度之间的关系，实现了对二氧化碳浓度的测量。实验中二氧化碳浓度测量范围在0.6%～30%之间，计算结果表明，二氧化碳浓度与真实浓度值之间具有良好的线性关系，其线性度为0.9987，线性拟合的斜率为1.061士0.0168。对二氧化碳与氮气混合气体的连续测量结果表明，系统的探测极限达到335 ppm·m，对同一样品在20min内的20次连续测量的标准偏差为0.0367%，表明了系统良好的稳定性，所有测量结果都显示了系统用于二氧化碳气体监测的有效性
关键词可调谐多模二极管激光器；关联光谱；波长调制光谱；二氧化碳浓度
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593(2013)12-3269-04
解决这个间题，本工作提出并实验广一种基于波长调制的多模二极管激光关联光谱测量方法及其系统（TMDL-COSPEC-WMS），利用波长调制光谱技术（WMS)可直接得到与待测
可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS)被广泛应用于环境监测、工业生产监控"和生物医疗3等领域，该方法具有灵敏度高、选择性好、稳定性高等优点，可用于H0， CO2，NO:，CO，CH和NH:等气体的监测+。传统的TD-LAS技术使用单模激光器，具有谱线窄的优点，但中心波长随外界温度或机械特性的变化而发生偏移的问题限制了它的应用范围，在恶劣环境中应用时需要进行锁频或严格的温控"。一种解决手段是采用多模二极管激光(TMDL)光谱技术了8，多模二极管激光器对环境的脱敏程度比较高，多模激光与关联光谱(COSPEC)"技术相结合有助于提高测试可靠性和稳定性，抗复杂环境干扰是这种技术的独到优势"」，用于测试氧气、二氧化碳等气体的实验已见报道8.10。研究表明，采用多信号推演待测气体浓度时，灵敏度与可靠性之间存在此消彼长的辨证关系，因此多纵模激光带来的间题是灵度降低口}，导致气体测量系统探测极限指标的劣化。为
收稿日期：2013-03-18，修订日期：2013-07-15
气体浓度成比例的微分信号，提高调制频率可有效抑制1/ 噪声，从而提高系统灵敏度1)。CO2-N?混合气体的连续测量结果表明，系统的探测极限达到335ppm·m；对同一样品在20min内的20次连续测量结果表明，表征稳定性指标的标准偏差为0.037%，显示了该方法及其系统的有效性。
1基本原理
采用多模激光进行气体吸收光谱测量时，如果吸收谱线较为密集，会出现多个纵模被同时吸收的情况，测到的吸收谱是多个纵模吸收光谱的叠加。设多模激光有M个纵模，总光强是I，通过被测气体后的透射光强是I，总透射率可写成
T=I/=
基金项目：国家自然科学基金项目（61077042，60677032），上海市重点学科项目(S30502)资助
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作者简介：高光珍，女，1980年生，上海理工大学光电信息与计算机工程学院博士研究生
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*通讯联系人
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