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中紅外超連續(xù)光源研究各種氣體在中紅外波段的吸收特性 - 筱曉光子

更新時間:2022-03-15點擊次數(shù):1620

當(dāng)一束激光穿過氣體時,如果激光正處于某個特定的波長,氣體會大量吸收光子,導(dǎo)致透射出氣室后激光在該波段的功率會突然下降,但是其他不在氣體吸收波段的激光功率不會下降,這導(dǎo)致最終的光譜圖在吸收波段處會出現(xiàn)一個凹陷,這被稱為該氣體的吸收峰。不同的氣體都有它*的吸收波段作為該氣體的識別碼,它在氣體濃度檢測方面具有至關(guān)重要的作用。


要探究氣體未知吸收峰,TDLAS等通過連續(xù)光掃頻檢測吸收峰的方案已不再適用,需要利用中紅外超連續(xù)光源直接探測氣體吸收峰。該方法相比前者更為直觀、高效,但是對光譜儀的測量精度和光源的譜寬要求非常高。


 本文搭建的中紅外吸收光譜檢測系統(tǒng)就是采用了直接吸收法,對氣體的吸收峰進(jìn)行直接探測,其實驗裝置圖如下:



中紅外超連續(xù)激光器的輸出光譜范圍為2um~4um,輸出光平均功率為1W,利用橫河光譜儀AQ6377測量輸出光的光譜,如下圖所示(中間2700nm處的凹陷為空氣中水分子的吸收峰):




由圖可以看出,該激光在各個波段的輸出光功率都保持穩(wěn)定,*可以用于測量2um~4um的物質(zhì)吸收峰。


 由于該脈沖光峰值功率過高,直接進(jìn)入氣室可能會損壞氣室內(nèi)部鍍膜,也遠(yuǎn)大于光譜儀的閾值功率,我們使用兩片分光鏡將功率衰減至80mW,同時調(diào)節(jié)兩片鏡子的反射角度,使得激光以最合適的角度入射氣室,并在氣室的出光口通過透鏡將氣體吸收后的激光耦合進(jìn)中紅外光纖,利用光纖將激光傳輸進(jìn)光譜儀進(jìn)行吸收光譜的測量。在測量結(jié)束后,計算機利用以太網(wǎng)收集光譜儀的數(shù)據(jù),并和SpectraPlot的*吸收光譜做對比。我們分別測量了C2H2、C2H6、C3H8以及NH3的吸收光譜,測量結(jié)果與SpectraPlot的數(shù)據(jù)較為符合,如下圖所示:










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