导读:本文包含了连续波腔衰荡光谱技术论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:腔衰荡光谱,吸收光谱,空间效应,动态响应
连续波腔衰荡光谱技术论文文献综述
李志新[1]（2015）在《基于连续波腔衰荡光谱的痕量气体检测技术研究》一文中研究指出随着现代化和工业化进程的发展,人们将工业生产以及日常生活中产生的大量废气(如硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合物等)排放到大气中,造成了严重的大气污染。在给人类带来巨大经济损失的同时,危害了人类身体健康,生物的生存和发育,导致了酸雨腐蚀物体,臭氧层破坏,全球气候变暖等恶劣的影响。因此,为了尽可能的减少大气污染造成的危害,对污染气体进行检测,及时掌握污染气体的排放和分布情况对于环境保护有着特别重要的意义。连续波腔衰荡光谱(CW-CRDS)技术是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,它通过测量高精细度腔内光强的衰减率来确定目标样品的吸收信息。与其它的激光吸收光谱技术相比,CW-CRDS技术具有以下几点优势：(1)CW-CRDS测量的是腔内激光强度的时间行为,因此它不受激光强度起伏的影响；(2)高精细度腔的使用大大增加了激光与气体介质相互作用的路径；(3)CW-CRDS技术是一种免定标的光谱测量方法；(4)CRDS技术的实验装置非常简单,方便操作。本文把CW-CRDS技术作为主要的研究对象,在实验上搭建了一套基于CW-CRDS技术的痕量气体检测装置。对实验过程中存在的不稳定因素进行了实验分析及优化,并基于CW-CRDS技术对痕量气体检测进行了深入的研究。主要工作如下：1.从光学腔的基本特性出发,将光学腔的损耗与腔内光子的寿命联系起来,阐述了衰荡光谱测量的基本原理。进一步基于窄线宽连续激光源对衰荡腔的响应特性、高斯光束传输特性、腔的模式理论以及激光与腔的空间模式匹配进行了详细分析。为CW-CRDS技术的研究奠定了基础。2.设计并搭建了一套基于CW-CRDS技术的用于痕量气体检测的实验系统。实验中搭建的高精细度腔的腔镜反射率在1.53μm附近约为99.935%,对应的腔的衰荡时间为2.02μs左右,腔的精细度约为4832,等效吸收路径约为606m。对实验中采用的DFB激光器、声光调制器(AOM)、阈值电路等的工作原理进行了分析,并对其响应特性进行了实验测试。进一步,为了保证激光到腔的高效耦合,通过激光输出高斯光束的测量以及内腔模式的计算,选择了合适的透镜实现了两者之间的空间模式匹配。此外,还研究了不同实验条件对衰荡时间测量的影响并进行了优化。3.基于建立起的CW-CRDS实验系统进行了气体检测的实验研究。首先分别基于1531nm的光纤激光器和1528nm的DFB激光器对C2H2气体在6531.7805cm"1和6544.4419cm-1处的吸收线进行了测量,在探测压强分别为78.2Torr和92Torr时获得了7.5ppb和9.9ppb的探测灵敏度。此外,又基于1578nm的DFB激光器对CO2气体在6330.821cm-1处的吸收线进行了测量。并在将激光频率锁定到吸收线中心位置的情况下,对室内CO2的浓度进行了长期监测。通过阈值去噪、多次平均和Kalman滤波等手段对测量数据进行了优化处理,使测量数据能够实时、准确的反映CO2浓度的变化。4.在对空腔的衰荡时间进行测量的实验过程中观察到了一种空间效应,具体表现为衰荡时间的测量与探测器的空间位置以及光斑与探测器窗口的相对大小有关。经过实验研究发现这种效应的产生是由探测器窗口的非均匀响应导致的,并且建立了一套理论模型对空间效应进行了解释。根据气体吸收光谱的测量影结果,证明空间效应的存在会导致错误的内腔损耗估计和气体吸收测量。因此,在CW-CRDS实验中我们要保证光斑与探测器完全对准,同时要对腔的透射光斑进行聚焦,保证探测时光斑能够与探测器的有效探测器区域相匹配。5.区别于经典的光学腔的静态响应分析,我们对衰荡腔的动态响应特性进行了理论和实验研究。研究结果表明,相比于透射光信号强度来讲,腔的反射光信号强度受腔长调制频率以及内腔吸收损耗变化的影响较小,说明反射光在信号处理过程中更具有优势。此外,我们发现通过对腔的动态响应特性的测量和分析可以获得不同位置处腔长扫描速率的大小,这对于PZT的非线性响应的校正具有重要的意义。6.提出并发展了一种基于反射光控制的CW-CRDS技术。该技术的主旨在于利用反射光信号幅度的变化来触发AOM关断激光,取代了传统技术中基于阈值电路触发控制的机制。其优势在于：(1)用于关断激光的触发信号和衰荡事件的提取可以分别从腔的反射光和透射光信号中获得,实现了两者的分离,避免了阈值电路对衰荡事件测量的影响；(2)腔的反射光信号强度受气体浓度变化的影响较小,可以增加基于反射光控制的CW-CRDS光谱测量的动态范围。在上述的研究工作中,属于创新性的工作包括以下几方面：1.在基于CW-CRDS的实验过程中,在不同数据拟合点数、不同共振模式、不同阈值设置、不同探测器、激光波长扫描等条件下对衰荡时间进行了测量,分析了它们对衰荡时间测量的影响。并根据实验结果实验系统进行了优化,保证了衰荡光谱测量的准确性。2.在实验中观察到了一种衰荡时间测量随探测器位置及光斑大小变化的空间效应,并通过多种方式进行了验证。经过大量的实验研究表明,空间效应的出现是由探测器的非均匀响应导致的。为此,我们建立了一套理论模型来对空间效应进行解释。此外,根据气体吸收光谱的测量影结果,证明空间效应的存在会导致错误的内腔损耗估计和气体吸收测量。对于空间效应的研究为CW-CRDS技术的应用提出了新的要求。3.对实验中采用的衰荡腔的动态响应特性进行了详细的理论和实验研究。研究结果表明,腔的反射光信号强度受腔长调制频率以及内腔吸收损耗变化的影响较小,说明反射光在信号处理过程中比透射光更具有优势。此外,我们发现通过对腔的动态响应特性的测量和分析可以获得不同位置处腔长扫描速率的大小,这对于校正PZT的非线性响应具有重要的意义。4.提出并发展了基于反射光控制的CW-CRDS技术。实验中利用反射光信号来作为触发信号控制AOM关断激光,取代了传统技术中阈值电路的使用。其优势在于：(1)将用于关断激光的触发信号和衰荡事件的获取分离开来,避免了阈值电路对衰荡事件测量的影响；(2)反射光信号强度在稳定性方面的优势可以增加CW-CRDS光谱测量的动态范围。(本文来源于《山西大学》期刊2015-06-01）
杨秋霞[2]（2011）在《连续波腔衰荡光谱技术特性及在气体浓度测量中应用研究》一文中研究指出气体浓度检测对于工业安全生产和人类生活有重大的意义。工业生产过程中产生的不同程度有毒有害、易燃易爆气体严重地污染着环境,威胁人类的健康和工业生产安全。随着光谱学、激光技术、光纤技术、材料科学和化学分析等领域的迅速发展和相互渗透,出现了光腔衰荡、薄膜吸收和腔增强吸收等新的气体浓度测量方法及理论。基于连续波的腔衰荡光谱技术(CW-CRDS)因其具有更高的光谱分辨率和检测灵敏度,成为近年来研究热点。本文就连续波光腔衰荡法中衰荡腔特性及相关参数的影响进行了深入研究,对基于CW-CRDS的气体浓度测量进行了理论与实验研究。对气体分子的近红外选择吸收理论作了详细论述,给出气体吸收测量的理论依据,研究了多种气体的吸收谱线。给出了腔衰荡光谱技术进行气体浓度测量的基本原理,介绍了无源光腔的内在特性,介绍了激光与衰荡腔模式的基本概念。给出了两种激光频率和腔模式耦合的方法,详细推导了两种方法的出射电场和入射光频率、扫描速度及介质吸收之间的关系。对不同腔镜反射率及扫描速度与透射特性关系进行了较为深入的研究。详细分析了衰荡腔内两种噪声产生的原因和抑制方法,指出在连续波腔衰荡技术中,一种噪声是由于在激发腔的TEM00模式同时,通过腔镜表面的散射耦合激发了腔的高阶横模TEMmn,当这些模式接近简并时,即使每次反射的耦合强度非常小,也会导致耦合模式在衰荡信号中产生拍频噪声。实验中,在腔内特定位置放置一个内腔光阑,抑制高阶横模的产生,就能够有效地削弱这种噪声。另一种噪声是由于腔镜的线性双折射引起残余应变引入的拍频噪声。在腔镜的高反射涂层上由于线性残余或应力引起的双折射也会使TEM00模式的两个偏振态离开简并状态,产生两个新的本征偏振态,与线性偏振态非常接近。由于偏振依赖于高反射镜的损耗,这两个新的本征态不再正交,与原信号耦合进而在衰荡信号中产生拍频噪声。通过在腔镜前面和后面各放置一个偏振片,控制入射光的偏振态或着调整探测器,这种噪声能被移除。研究了一种快速切断入射激光的激光失谐调制方法。这种方法不需要外加光开关来切断光源,使系统更加简便。在此基础上,提出了一种基于连续波的腔衰荡光谱技术测量系统,利用所设计的系统对气体浓度进行了实验分析,讨论了衰荡时间与待测气体浓度之间的关系。光纤环形腔衰荡光谱技术是在腔衰荡光谱技术与光纤传感技术结合的基础上,产生的一种高灵敏度的吸收光谱技术。本文针对光纤环形衰荡腔的不足,设计了基于光纤环形腔循环衰荡法的双环路气体浓度测量系统。分析了系统中关键器件的性能和原理,设计了增益稳定的掺铒光纤放大器,并进行了相关实验。研究了放大自发辐射噪声(ASE)对系统测量精度的影响,提出采用自适应滤波的方法滤除ASE噪声。分析了腔内不同浓度气体的衰荡规律,研究了衰荡时间与气体浓度的关系。(本文来源于《燕山大学》期刊2011-06-30）
闫聚兵[3]（2009）在《连续波激光腔衰荡光谱技术用于气体浓度测量的研究》一文中研究指出气体浓度检测对于工业安全生产和人类生活是非常重要的。传统的气体浓度测量方法测量精度普遍不高。腔衰荡光谱技术(Cavity Ring-Down Spectroscopy,简称CRDS)是一种新兴的超高灵敏、超高精度的吸收光谱测量方法。腔衰荡光谱技术问世之初一直是利用脉冲激光作为光源。近年来连续波光腔衰荡光谱(CW-CRDS)开始成为研究热点与脉冲光腔衰荡光谱(P-CRDS)相比,CW-CRDS具有更高的光谱分辨率和检测灵敏度。正是利用CW-CRDS原理提出了测量气体浓度的一种方法,研究了系统的衰荡特性。主要工作包括以下内容:首先,分析了传统腔衰荡技术气体浓度的测量原理,介绍了衰荡腔的一些特性参数和激光与光腔模式的基本概念。并对影响气体浓度测量精度、灵敏度和分辨率的各种因素进行了研究。给出了两种激光频率和光腔模式耦合的方法,详细推导了两种方法的出射电场与激光频率、扫描速度和介质吸收之间的关系。其次,提出了一种基于连续波激光的腔衰荡光谱方法,这种方法不需要有外部光开关(如声光调制器等)关断光源,系统更加简便。研究了连续波腔衰荡技术系统的结构组成,分析了各器件的性能和工作原理。具体研究了一种新的激光失谐方法和阻止激光反馈到光源的方法。最后,对不同反射率和扫描速度与透射特性的关系进行了仿真。探讨了耦合到衰荡腔中光子的积聚和泄漏特性。结果表明,反射系数越大,光强积聚和衰荡时间越小,振铃振荡幅度越强;扫描速度越小,腔中的相对光强越大。在没有失谐激光的情况下,透射光强依赖于反射镜的反射率和PZT的扫描速度。分析了失谐过程的特性,比较了激光失谐与激光关断的区别。进而利用所设计的系统对气体浓度进行了实验分析,讨论了光的衰荡时间与气体浓度的关系。(本文来源于《燕山大学》期刊2009-12-01）
谭中奇,龙兴武,黄云[4]（2009）在《高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱技术》一文中研究指出建立了一套以分布反馈式(DFB)激光器为光源的高灵敏度连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统利用DFB激光器的电流调谐特点使激光在衰荡腔内谐振,利用其电流调制的特点实现入射光的关断,进行衰荡测量。对标准具效应消除前后的系统进行了测试,结果表明,前后系统等噪声探测灵敏度分别为2.56×10~(-7)cm~(-1)和1.27×10~(-8)cm~(-1)。以衰荡腔的纵模间隔为扫描步长对6591.43 cm~(-1)处N_2O的氮气加宽线宽系数进行了测量,测量结果分别为0.0819 cm~(-1)和0.0808 cm~(-1),对测量结果与HITRAN2004数据库中参数间的差别进行了讨论。(本文来源于《光学学报》期刊2009年03期）
谭中奇,龙兴武,黄云,吴素勇[5]（2008）在《连续波腔衰荡光谱技术中的标准具效应》一文中研究指出建立了一套高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱测量系统,该系统以分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源,利用其电流调制及调谐的特征进行衰荡和腔损耗谱测量,系统重复测量精度约为0.65×10~(-6)。对实验中出现的标准具效应进行了实验和理论分析,证实了这种效应来自衰荡腔的外部弱反射,并通过分析找出了系统中主要的反射面源。提出了标准具效应的软、硬件消除方法,实验结果表明,软件处理中数据拟合的标准误差约为0.4×10~(-6),硬件改进后腔损耗谱振荡起伏标准差由原来的9.2068×10~(-6)减少为0.4561×10~(-6)。(本文来源于《中国激光》期刊2008年10期）
连续波腔衰荡光谱技术论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
气体浓度检测对于工业安全生产和人类生活有重大的意义。工业生产过程中产生的不同程度有毒有害、易燃易爆气体严重地污染着环境,威胁人类的健康和工业生产安全。随着光谱学、激光技术、光纤技术、材料科学和化学分析等领域的迅速发展和相互渗透,出现了光腔衰荡、薄膜吸收和腔增强吸收等新的气体浓度测量方法及理论。基于连续波的腔衰荡光谱技术(CW-CRDS)因其具有更高的光谱分辨率和检测灵敏度,成为近年来研究热点。本文就连续波光腔衰荡法中衰荡腔特性及相关参数的影响进行了深入研究,对基于CW-CRDS的气体浓度测量进行了理论与实验研究。对气体分子的近红外选择吸收理论作了详细论述,给出气体吸收测量的理论依据,研究了多种气体的吸收谱线。给出了腔衰荡光谱技术进行气体浓度测量的基本原理,介绍了无源光腔的内在特性,介绍了激光与衰荡腔模式的基本概念。给出了两种激光频率和腔模式耦合的方法,详细推导了两种方法的出射电场和入射光频率、扫描速度及介质吸收之间的关系。对不同腔镜反射率及扫描速度与透射特性关系进行了较为深入的研究。详细分析了衰荡腔内两种噪声产生的原因和抑制方法,指出在连续波腔衰荡技术中,一种噪声是由于在激发腔的TEM00模式同时,通过腔镜表面的散射耦合激发了腔的高阶横模TEMmn,当这些模式接近简并时,即使每次反射的耦合强度非常小,也会导致耦合模式在衰荡信号中产生拍频噪声。实验中,在腔内特定位置放置一个内腔光阑,抑制高阶横模的产生,就能够有效地削弱这种噪声。另一种噪声是由于腔镜的线性双折射引起残余应变引入的拍频噪声。在腔镜的高反射涂层上由于线性残余或应力引起的双折射也会使TEM00模式的两个偏振态离开简并状态,产生两个新的本征偏振态,与线性偏振态非常接近。由于偏振依赖于高反射镜的损耗,这两个新的本征态不再正交,与原信号耦合进而在衰荡信号中产生拍频噪声。通过在腔镜前面和后面各放置一个偏振片,控制入射光的偏振态或着调整探测器,这种噪声能被移除。研究了一种快速切断入射激光的激光失谐调制方法。这种方法不需要外加光开关来切断光源,使系统更加简便。在此基础上,提出了一种基于连续波的腔衰荡光谱技术测量系统,利用所设计的系统对气体浓度进行了实验分析,讨论了衰荡时间与待测气体浓度之间的关系。光纤环形腔衰荡光谱技术是在腔衰荡光谱技术与光纤传感技术结合的基础上,产生的一种高灵敏度的吸收光谱技术。本文针对光纤环形衰荡腔的不足,设计了基于光纤环形腔循环衰荡法的双环路气体浓度测量系统。分析了系统中关键器件的性能和原理,设计了增益稳定的掺铒光纤放大器,并进行了相关实验。研究了放大自发辐射噪声(ASE)对系统测量精度的影响,提出采用自适应滤波的方法滤除ASE噪声。分析了腔内不同浓度气体的衰荡规律,研究了衰荡时间与气体浓度的关系。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
连续波腔衰荡光谱技术论文参考文献
[1].李志新.基于连续波腔衰荡光谱的痕量气体检测技术研究[D].山西大学.2015
[2].杨秋霞.连续波腔衰荡光谱技术特性及在气体浓度测量中应用研究[D].燕山大学.2011
[3].闫聚兵.连续波激光腔衰荡光谱技术用于气体浓度测量的研究[D].燕山大学.2009
[4].谭中奇,龙兴武,黄云.高灵敏度调谐式连续波腔衰荡光谱技术[J].光学学报.2009
[5].谭中奇,龙兴武,黄云,吴素勇.连续波腔衰荡光谱技术中的标准具效应[J].中国激光.2008