文献类型：期刊文章

作　　者：李春光[1,2,3,4] 董磊[2] 郑传涛[3] 王一丁[3] 林君[1]

LI Chun-guang;DONG Lei;ZHENG Chuan-tao;WANG Yi-ding;LIN Jun(College of Instrumentation & Electrical Engineering, Jilin University, Changchun 130061, China;State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Laser Spectroscopy, Shanxi University, Taiyuan 030006, China;State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China;College of Biological and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China)

机构地区：[1]吉林大学仪器科学与电气工程学院,国家地球物理探测仪器工程技术研究中心,吉林长春130061 [2]山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西太原030006 [3]吉林大学电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点联合实验室,吉林长春130012 [4]吉林大学生物与农业工程学院,吉林长春130022

出　　处：《光谱学与光谱分析》

基　　金：博士后创新人才支持计划(BX201700100);中国博士后科学基金项目(2017M621206);国家自然科学基金项目(61805099)资助

年　　份：2019

卷　　号：39

期　　号：3

起止页码：959-963

语　　种：中文

收录情况：AJ、BDHX、BDHX2017、CAS、CSCD、CSCD2019_2020、EI、IC、INSPEC、JST、PUBMED、RCCSE、RSC、SCIE、SCOPUS、WOS、ZGKJHX、核心刊

摘　　要：根据乙烷气体分子在3.3μm处的基频吸收特性,使用中心波长为3.337μm室温连续带间级联激光器(ICL)和有效光程为54.6 m密集光斑多通气体吸收气室(600 mL)研制了基于波长调制光谱技术(WMS)的乙烷传感器。详细介绍了基于WMS和二次谐波(2f)探测技术的光谱吸收法气体检测原理,给出了目标乙烷气体吸收线的遴选细节。此项技术的使用减小了光功率漂移对系统的影响,使得系统最低检测下限(MDL)和稳定性能得到提升。结合原理框图,通过光学和电学两个模块分别详细介绍了乙烷传感系统设计方案,描述了自主研制的软、硬件单元和商用仪器的使用及其型号供他人参考,并给出传感器光学配置实物图。而且,为匹配激光波长调制与基于压力的吸收线宽,对气压和调制深度进行优化,研究了调制幅度对应2f信号峰值及调制幅度与调制深度的关系,最终确定最优气压和调制深度分别为100 Torr和0.074 cm^(-1),对应的调制信号幅度为～0.026 V。此外,基于优化后的气压和调制深度,使用136.8 nmol·mol^(-1)乙烷标准气体进行了系统灵敏度估算。详细介绍了ICL扫描调制信号、锁相放大及数据采集单元的参数设置,并给出示波器记录的扫描调制信号及2f信号波形图片。通过对比DAQ采集的2f信号和背景噪声信号,估算系统最低检测下限为33 nmol·mol^(-1)。最后,使用9个不同浓度乙烷标准气体(20～400 nmol·mol^(-1))分别进行～5 min系统标定测试,并列出了拟合曲线和拟合相关度等信息。而且,使用浓度为48 nmol·mol^(-1)乙烷气体样品开展连续2 h系统稳定性测试并进行Allan-Werle方差分析。结果显示,该系统工作稳定,积分时间为4 s时,乙烷气体检测灵敏度为～0.81 nmol·mol^(-1)。通过增加系统积分时间至63 s,系统灵敏度可被提高至～0.36 nmol·mol^(-1)。

关 键 词：乙烷 带间级联激光器  波长调制光谱 多反射气室  

分 类 号：O657.3]