TDLAS气体激光遥测高灵敏光电探测电路设计

作     者：裴梓伊 胡朋兵 潘孙强 戚海洋 刘素梅 刘东 PEI Zi-yi;HU Peng-bing;PAN Sun-qiang;QI Hai-yang;LIU Su-mei;LIU Dong

作者机构：浙江大学光电科学与工程学院极端光学技术与仪器全国重点实验室浙江杭州310027 浙江省计量科学研究院浙江杭州310018 浙江省能源与环境保护计量检测重点实验室浙江杭州310018 

出 版 物：《中国光学（中英文）》 (Chinese Optics)

年 卷 期：2024年第17卷第1期

页      面：198-208页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：2022年度“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目(No.2022C03065,No.2022C03162,No.2022C03084) 浙江省市场监督管理局雏鹰计划培育项目(No.CY2023001) 浙江省市场监督管理局科研计划项目(No.QN2023419) 

主　　题：光电探测 跨阻放大 TDLAS 开放光路 激光遥测 

摘      要：针对气体激光遥测光信号微弱、环境因素干扰强等特点,结合波长调制技术,设计和研究了用于TDLAS激光遥测的高灵敏度光电探测电路(Highly Sensitive Photoelectric Detection Circuit,HSPDC)。基于波长调制技术,确定了TDLAS信号噪声抑制方法;采用光电二极管理想模型,分析了光电探测电路的线性响应特性并确定了光电二极管的关键参数;基于级联放大原理设计、仿真并对HSPDC进行测试。结果表明:所设计HSPDC的光功率检测下限为0.11 nW,信号衰减仅为0.79 dB(f=10 kHz),截止频率较现有108 V/A跨阻放大电路高一个数量级,可用于高速调制微弱光信号的探测。搭建了气体激光遥测系统,当调制频率为3 kHz时,激光遥测系统获得了良好的检测性能,检测灵敏度达到88.66 mV/ppm,检测限优于0.565 ppm,线性拟合度R2为0.9996。研究表明,研制的HSPDC光电探测电路具有响应速度快、检测灵敏度高等优点,可集成化,能满足气体激光遥测应用需求。