基于共軛干涉濾波的光學氣體傳感方法的研究.pdf

1、光學氣體檢測在環(huán)境污染、工業(yè)過程控制、醫(yī)療診斷等領域應用較廣。基于光譜吸收的氣體檢測技術是通過檢測樣氣透射光強的變化來實現氣體濃度的測量。與傳統(tǒng)方式相比，該技術具有高精度、低交叉敏感、快速響應，易于成網等優(yōu)點。其中窄帶光譜吸收技術采用低成本的寬帶光源，且可以利用濾波器選擇不同的吸收峰實現不同氣體的檢測，具有非常好的工業(yè)應用潛質。
　　本文提出了基于共軛干涉濾波的光學氣體傳感方法，該方法是利用光譜吸收和雙光束干涉，實現了共軛干涉濾波

2、器，該濾波器能通過對應吸收氣體吸收光譜的光，而反射其他波長的光，從而獲得與氣體吸收譜線反轉的梳狀光譜。由于氣體吸收譜線本質穩(wěn)定的特性，濾波器將輸出穩(wěn)頻的梳狀光譜，并且通過更換濾波器中氣體種類能輸出對應氣體的輸出光譜。該方法能有效的壓縮寬帶光源的譜寬，大大提高氣體檢測靈敏度，且能解決氣體檢測中選擇光源的問題。
　　首先，以分子光譜理論、比爾朗伯定律為基礎，分析了氣體吸收線的譜線(線型、線寬、展寬)等理論，研究了基于光譜吸收的氣體濃度

3、檢測技術。根據HITRAN數據庫以及傅里葉紅外光譜儀對氣體吸收譜線的相關參數進行了確定。研究了溫度、壓力等因素對譜線展寬以及吸收系數的影響，為選擇濾波器的物理參數提供了理論依據。
　　其次，研究了共軛干涉式濾波器π相移實現方法的研究。通過對共軛干涉式濾波器結構的設計、比較以及討論，確定其結構。并通過對輸出光強的仿真、實驗比較對濾波器參數進行確定，從而最終能輸出穩(wěn)定的π相移濾波輸出。
　　再次，研究了基于共軛干涉式濾波器的窄帶

4、穩(wěn)定輸出光源，包括線性腔單波長、多波長窄帶光源，以及基于光纖環(huán)形腔的單波長、多波長窄帶輸出光源。該窄帶光源的輸出光能完全對應氣體吸收峰的窄線寬以及中心波長，光強穩(wěn)定，能有效的應用在（多）氣體濃度檢測上。
　　最后，本文基于差分檢測方案以及共軛干涉式濾波器的穩(wěn)頻輸出光構建了單一氣體檢測系統(tǒng)以及多氣體檢測系統(tǒng)。對系統(tǒng)中的窄帶光源、吸收氣室、數據處理等關鍵器件以及關鍵技術進行分析。并設計了一種基于光纖空芯光子晶體光纖的氣室結構，給低損耗