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光学学报 2024年第5期44卷 271-280页

作者：余润磬夏滑孙鹏帅庞涛吴边张志荣中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037

使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有... 详细信息

使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有效放大,在保证积分腔的模式噪声不变的情况下,提高了探测器的可探测光功率,显著增加了有效光程长度,进一步提高了测量结果的信噪比。最后,通过对体积分数为500×10^(-6)的CH4标准气体进行长时间测量,当平均时间达到663 s时,同位素δ(13C)的探测极限达到0.56‰。该技术可为大气环境下甲烷中碳稳定同位素的测量提供参考。

关键词：光谱学光功率放大器离轴积分腔输出光谱技术甲烷碳同位素

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1.531μm附近NH_3分子痕量探测

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光谱学与光谱分析 2009年第12期29卷 3173-3176页

作者：贾慧郭晓勇蔡廷栋赵卫雄汪磊谈图张为俊高晓明科学院安徽光学精密机械研究所环境光学研究室安徽合肥230031 中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学院空间科学与应用研究中心空间信息与仿真技术研究室北京100190

基于离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)的小型集成系统以工作在近红外1.531μm附近的分布反馈式(DFB)二极管激光器为光源,测量了室温下各种低浓度NH3与空气的混合气。首先利用标准浓度的CO2气体校准得到腔镜的有效反射率R为0.9969,在此... 详细信息

基于离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)的小型集成系统以工作在近红外1.531μm附近的分布反馈式(DFB)二极管激光器为光源,测量了室温下各种低浓度NH3与空气的混合气。首先利用标准浓度的CO2气体校准得到腔镜的有效反射率R为0.9969,在此条件下,基长35.8cm的光学谐振腔作为吸收池可得到115.46m的吸收光程。NH3在6528.764cm-1位置的强吸收谱线被选择用于痕量探测,在100torr的总压力下,实验测得NH3的探测极限为2.66ppmv(S/N～3),之后结合波长调制技术,在信号检测通路中采用锁相放大技术来实现调制信号的二次谐波检测,这可以更好地抑制背景噪声而提高探测信号的信噪比,最终将NH3的探测极限进一步提高到0.274ppmv(S/N～3)。

关键词：离轴积分腔输出光谱技术波长调制二次谐波 NH3 探测极限

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离轴积分腔增强红外激光二氧化碳传感系统

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光子学报 2020年第11期49卷 181-189页

作者：刘梓迪郑凯元张海鹏郑传涛王一丁吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室长春130012

基于离轴积分腔输出光谱技术,设计并研制了一种红外二氧化碳(CO2)传感系统.采用中心波长为1572 nm的分布式反馈激光器,选择6359.96 cm-1处CO2的吸收谱线作为目标谱线.研制的谐振腔长度为60 cm,测得的有效光程为1200 m.采用波长调制光谱... 详细信息

基于离轴积分腔输出光谱技术,设计并研制了一种红外二氧化碳(CO2)传感系统.采用中心波长为1572 nm的分布式反馈激光器,选择6359.96 cm-1处CO2的吸收谱线作为目标谱线.研制的谐振腔长度为60 cm,测得的有效光程为1200 m.采用波长调制光谱技术与直接吸收光谱技术分别测量CO2的吸收光谱,前者测得的光谱信号的信噪比为130,优于后者的信噪比80.将波长调制光谱技术与离轴积分腔技术相结合,利用LabVIEW软件提取二次谐波信号的幅值.利用配备的气体样品,开展了传感器标定、稳定性及动态响应性能测试等实验.使用纯氮气(N2)进行了稳定性测试,艾伦方差表明,当平均时间为96 s时,系统的检测下限为5.1×10-6;当气体流速为500 sccm时,实验测得的响应时间小于20 s.利用该系统开展了连续16.5 h的大气CO2浓度在线实时监测和人呼出气体中的CO2含量检测,均呈现出较好的性能.该系统具有易操作、响应快、灵敏度高等优点,未来可广泛应用于大气环境检测、医疗诊断等方面.

关键词：气体传感器红外吸收光谱离轴积分腔输出光谱技术波长调制技术 CO2检测

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基于腔增强激光光谱的水中溶解甲烷传感系统

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光子学报 2021年第9期50卷 168-176页

作者：陈稳稳郑凯元曹延伟陈奕汐郑传涛王一丁吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室长春130012 中国人民解放军96901部队24分队北京100089 火箭军装备部驻武汉地区第一军事代表室武汉430022

为探测水中甲烷气体浓度,研制了一种基于离轴积分腔输出光谱的水中溶解甲烷传感系统。系统由分布式反馈激光器(中心波长为1653 nm)、激光器温度控制模块、激光器电流驱动模块、谐振腔/气室、光电探测器、数据采集模块、数据处理模块和... 详细信息

为探测水中甲烷气体浓度,研制了一种基于离轴积分腔输出光谱的水中溶解甲烷传感系统。系统由分布式反馈激光器(中心波长为1653 nm)、激光器温度控制模块、激光器电流驱动模块、谐振腔/气室、光电探测器、数据采集模块、数据处理模块和气液分离模块构成。利用配备的甲烷气体样品和纯氮气(N2),分别开展系统有效光程标定、直接吸收光谱信号的标定和稳定性测试等实验。使用浓度为10×10^(-6)的甲烷气体样品标定了系统有效光程,约为1906 m。将纯氮气作为目标气体,测量系统的稳定性。Allan方差分析结果表明,当积分时间为2 s时,系统检测灵敏度为92.8×10^(-9),当积分时间增加到134 s,系统的灵敏度可提高到13.2×10^(-9)。利用该系统开展自来水、雨水和湖水样品中溶解甲烷的浓度检测实验,结果证实了该技术及系统的工程实用价值。该研究及相关结果为水质检测和天然气水合物等清洁能源的勘探开发奠定了良好的基础。

关键词：气体传感器红外吸收光谱离轴积分腔输出光谱技术直接吸收光谱技术甲烷检测

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