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光谱学与光谱分析 2015年第10期35卷 2787-2791页

作者：姚路刘文清刘建国阚瑞峰许振宇阮俊袁松中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031

大气中co2主要的源和汇都集中在对流层,精确地获取对流层co2浓度廓线分布,对研究co2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)高分辨、高灵敏度和快速... 详细信息

大气中co2主要的源和汇都集中在对流层,精确地获取对流层co2浓度廓线分布,对研究co2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)高分辨、高灵敏度和快速响应等特点,研制了采用直接吸收技术的小型化co2探测系统,选取位于2 004.02nm处的R(16),ν1+ν3吸收谱线,避免了附近H2O分子的吸收干扰,对co2浓度廓线进行了球载测量,获取了10km以下对流层中co2的分子数密度分布。受限于球载测量环境,系统采用紧凑型设计,在单块电路板上实现激光器驱动、弱信号调理,光谱数据采集及浓度计算等功能,受嵌入式微处理器的运算能力和硬件资源限制,对浓度反演算法进行了优化,避免冗余计算,降低了算法耗时。和采用波长调制技术的TDLAS传统仪器相比,借助光程20m的开放式Herriott多次反射池,采用直接吸收技术,避免了浓度标定步骤,提高了对测量环境的适应性,通用性的硬件和软件结构可适用于测量不同气体,只需更换激光器和调整算法关键参数。小型化的设计思想降低功耗,减小体积,兼顾了响应速度和测量精度,室温条件下功耗小于1.5 W,单板体积120mm×100mm×25mm,1.5s时间响应下的测量精度为±0.6×10-6,经验证,该系统可在对流层内实现co215m垂直空间分辨的高精度检测,是一种可行的气体廓线球载探测手段。

关键词：可调谐半导体激光光谱技术球载探测 co2浓度廓线紧凑型传感器

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2μm波段co2差分吸收激光雷达及其光纤激光源研究

2μm波段CO2差分吸收激光雷达及其光纤激光源研究

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作者：苏鲸河北大学

学位级别：硕士

2.05μm附近是大气高透射窗口,同时也是co2气体吸收波段,该波段激光器在大气传输、激光雷达、空间光通信和大气环境监测领域均具有重要应用价值。本文从2μm波段差分吸收激光雷达（DIAL）原理出发,模拟仿真了co2气体测量DIAL（co2-DIAL... 详细信息

2.05μm附近是大气高透射窗口,同时也是co2气体吸收波段,该波段激光器在大气传输、激光雷达、空间光通信和大气环境监测领域均具有重要应用价值。本文从2μm波段差分吸收激光雷达（DIAL）原理出发,模拟仿真了co2气体测量DIAL（co2-DIAL）系统,分别设计搭建了2μm波段双波长可切换单纵模（SLM）连续光纤激光器和双波段四波长可切换光纤激光器,并对其输出特性进行了详细研究。主要研究内容如下:1.从DIAL原理出发,建立2μm波段DIAL方程并推导出co2浓度反演算法;提出2μm波段co2-DIAL系统指标并设计系统构建方案,仿真模拟了大气模式模型并分析了2μm波段大气吸收与散射特征,确定了co2-DIAL工作波长;模拟了co2-DIAL雷达回波信号和浓度反演算法,并对DIAL系统测量误差进行了分析。2.提出一种基于飞秒激光直写光纤布拉格光栅（FBG）的SLM双波长可切换铥钬共掺光纤激光器（THDFL）;两个FBG与定制的1×2电控光开关（EC-OS）组合形成双波长可切换滤波器,引入SA型动态超窄带滤波器进行SLM选择,实现了双波长单频激光可切换输出,且两个输出激光波长分别严格对应co2的强吸收峰（2047.860 nm）和弱吸收峰（2047.603 nm）;输出激光的最大光谱波长和功率波动分别为0.015 nm和0.303 d B、OSNR>72 d B、RIN≤-143.11 d B/Hz@≥5 MHz、线宽≤2.68 k Hz,30 min内输出功率波动小于0.076 dB。3.提出一种1.94μm和2.04μm双波段四波长可切换SLM THDFL;使用飞秒激光逐点法直接在熊猫型保偏单模光纤（PMF）中写入两个分别工作在1.94μm和2.04μm附近的高双折射光纤布拉格光栅（HB-FBG）,和EC-OS组合形成波段可切换的偏振相关四通道滤波器（BS-PDFCF）用于THDFL的波长选择,再结合SA实现激光SLM振荡;THDFL实现了4个单波长和2个双波长SLM激光切换输出,最大光谱波长和功率波动分别为0.012 nm和0.386 d B,OSNR>76 d B、RIN≤-142.48 d B/Hz@≥5 MHz、线宽≤3.59 k Hz@1.94μm波段且≤5.46 kHz@2.04μm波段。

关键词：差分吸收激光雷达 co2浓度廓线 2μm波段光纤激光器多波长可切换

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