光纖環(huán)形腔光譜技術(shù)與傳感應(yīng)用的研究.pdf

1、腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS：Cavity Ring-down Spectrocopy）是一種高靈敏度的光譜測(cè)量技術(shù)，憑借其不受光源波動(dòng)的影響，在各種物理量和化學(xué)量的測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。而光纖環(huán)形腔衰蕩光譜技術(shù)（FLRDS：Fiber Loop Ring-down Spectroscopy）結(jié)合了光纖傳感和腔衰蕩光譜技術(shù)高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，成為近十年來(lái)人們研究的熱門(mén)課題。本論文較為系統(tǒng)地研究了CRDS基本理論，并在此理論基礎(chǔ)上對(duì)FLRDS應(yīng)用

2、于氣體傳感進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新成果包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)在腔衰蕩基本原理的基礎(chǔ)上，對(duì)高反鏡組成的衰蕩腔的腔模式拍頻，橫模簡(jiǎn)并現(xiàn)象和腔內(nèi)的干涉效應(yīng)進(jìn)行分析，并進(jìn)一步對(duì)衰蕩信號(hào)的數(shù)據(jù)擬合噪聲進(jìn)行理論建模，深入分析和比較了探測(cè)器噪聲受限和散粒噪聲受限兩種情況下的數(shù)據(jù)方差結(jié)果，為光纖腔衰蕩光譜技術(shù)應(yīng)用于傳感研究奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)對(duì)FLRDS技術(shù)應(yīng)用于傳感進(jìn)行了合理設(shè)置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。在腔內(nèi)接入EDFA

3、雖然可以補(bǔ)償腔內(nèi)損耗，但不易控制與腔損耗相匹配，對(duì)改善系統(tǒng)的精度作用不明顯；若改變腔中光纖長(zhǎng)度則可以明顯改善光譜質(zhì)量，可見(jiàn)選擇合適的腔長(zhǎng)對(duì)該系統(tǒng)測(cè)量靈敏度的提高有著很重要的作用。
　　(3)提出基于兩個(gè)光纖環(huán)形鏡的線形腔衰蕩光譜技術(shù)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)選擇不同耦合比的光纖耦合器對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有較大的影響，若輸入光功率足夠大，選擇兩個(gè)49:51的分光比組合的系統(tǒng)性能會(huì)明顯優(yōu)于光纖環(huán)形腔衰蕩系統(tǒng)。另外發(fā)現(xiàn)衰蕩譜的質(zhì)量跟光纖環(huán)形鏡的環(huán)

4、的長(zhǎng)度有著密切關(guān)系，若能較好控制環(huán)的長(zhǎng)度則可以得到很好的衰蕩譜。
　　(4)針對(duì)現(xiàn)有FLRDS系統(tǒng)普遍存在的衰蕩譜不穩(wěn)定的問(wèn)題，提出一種雙光路光纖環(huán)形腔衰蕩甲烷氣體傳感系統(tǒng)。這種技術(shù)將傳統(tǒng)的差分檢測(cè)技術(shù)與腔衰蕩光譜技術(shù)相結(jié)合，并利用甲烷在波長(zhǎng)1645nm附近的近似梳狀的吸收譜特性，采用調(diào)制的寬譜光源將甲烷的梳狀吸收譜檢出，同時(shí)對(duì)6個(gè)以上吸收峰進(jìn)行測(cè)量，可以大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度。
　　(5)提出了基于雙光纖環(huán)形腔級(jí)聯(lián)的