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基于便携式柱面镜多通池的二氧化碳高灵敏度探测研究

陈家金  王贵师  刘锟  谈图  程刚  田兴  高晓明  
【摘要】:二氧化碳作为大气中重要的温室气体,与气候变化和人类活动密切相关,因此对其浓度的探测具有重要意义。利用近红外可调谐二极管激光器结合自主设计的便携式小型化柱面镜光学多通吸收池,实现了二氧化碳气体的高灵敏探测。通过Matlab编写光线传输矩阵,优化设计了基于柱面镜的光学多通吸收池,相比于传统Herriott型多通池,具有腔镜利用面积高、在相同体积内可实现有效光程长等特点,在物理基长为15cm的情况下,实现了14m的有效光程。实验中使用中心波长为1.57μm的DFB二极管激光器,采用直接吸收光谱方法对CO_2气体进行了探测研究,并用Allan方差对系统性能进行了分析。结果表明,在平均时间为5s时,系统的探测灵敏度为33.1μL·L~(-1),平均时间为235s时,系统的探测灵敏度可达到5.3μL·L~(-1)。此外,利用该系统实现了大气中CO_2的探测,得到大气中的CO_2浓度为383.4μL·L~(-1)。基于柱面镜多通池搭建的可调谐激光吸收光谱(TDLAS)系统,结合了柱面镜多通池可在小体积内实现长光程和可调谐激光吸收光谱技术高灵敏度、高分辨率、快速响应的优点,大大减小了系统体积,提高了系统探测灵敏度,在气体探测领域有广泛的应用。

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