全光谱傅里叶变换光声光谱的气体检测研究

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作者 崔佳佳 袁宇鹏 +7 位作者 李尚志 刘小利 邸劲 王耀鑫 崔茹悦 薛积禹 董磊 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期376-383,共8页

提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振... 提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振光声探测模块的高效结合。实验采用卤钨灯热光源与碳棒热光源对甲烷、乙炔等单组分气体及其多组分混合气体进行检测,实现了在1~20μm波段范围内的宽带响应。结果表明,傅里叶变换光声光谱技术融合了傅里叶变换光谱和光声光谱的优势,具备宽光谱响应、高分辨率、并行复用、无背景干扰及无波长选择的特性,可支持气体宽带检测和多气体同步检测,展现出全光谱检测的潜力,广泛适用于从可见光到红外甚至太赫兹波段的检测应用。 展开更多

关键词 傅里叶变换光声光谱 多气体同步检测 宽带检测 光声池 全光谱

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高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究

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作者 陈斐 王树青 +13 位作者 程年恺 张婉飞 张岩 梁佳慧 张雷 王钢 马晓飞 刘珍荣 罗学彬 叶泽甫 朱竹军 尹王保 肖连团 贾锁堂 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期253-262,共10页

为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced bre... 为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 自吸收免疫 光学薄 高重频激光器 声光门控

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激光诱导击穿光谱精确测定燃煤工业分析指标的研究 被引量：10

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作者 张雷 侯佳佳 +5 位作者 赵洋 尹王保 董磊 马维光 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3198-3203,共6页

燃煤工业指标的在线精确分析对于指导燃煤工业优化生产、降低燃煤煤耗至关重要。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析燃煤煤质时,因受我国复杂多样煤种所导致的"基体效应",测量精度有待提高。实验中对激光诱导燃煤等离子体光谱至... 燃煤工业指标的在线精确分析对于指导燃煤工业优化生产、降低燃煤煤耗至关重要。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)分析燃煤煤质时,因受我国复杂多样煤种所导致的"基体效应",测量精度有待提高。实验中对激光诱导燃煤等离子体光谱至燃煤工业分析指标转化过程中的光谱预处理和定标建模方法进行了优化选择。实验结果表明,利用单/多峰Lorentzian光谱拟合计算谱线强度相比于传统计算方法,谱线强度RSD均值可由12.1%降至9.7%;对于核函数参数寻优,相比于网格参数(Grid)和遗传算法(GA),粒子群算法(PSO)的平均绝对误差(MAE)最小;采用PSO参数寻优式支持向量机(SVM)回归建模的预测均方根误差(RMSEP)小于偏最小二乘回归分析法(PLS);采用单/多峰Lorentzian光谱拟合方法和PSO参数寻优式SVM回归建模,对燃煤工业分析指标预测的平均绝对误差(AAE)为:灰分为16%~30%时AAE为1.37%,灰分大于30%时AAE为1.77%,发热量为9~24 MJ·kg-1时AAE为0.65 MJ·kg-1,挥发分低于20%时AAE为1.09%,挥发分大于20%时AAE为1.02%。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 燃煤工业分析指标 光谱拟合 支持向量机

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中红外驻波V型腔衰荡^(14)CO_(2)光谱检测

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作者 张洪炜 赵刚 +8 位作者 朱炳弛 焦康 朱地 史哲 杨天悦 闫晓娟 杨家琪 马维光 贾锁堂 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期359-366,共8页

针对核设施对气态污染物高灵敏检测的需求,提出了一种基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的^(14)CO_(2)检测技术,结合量子级联激光器,搭建了一套中红外吸收光谱检测系统,实现了对^(14)CO_(2)气体的高灵敏检测。系统采用由三个高反镜组成的驻波V... 针对核设施对气态污染物高灵敏检测的需求,提出了一种基于驻波V型腔衰荡吸收光谱的^(14)CO_(2)检测技术,结合量子级联激光器,搭建了一套中红外吸收光谱检测系统,实现了对^(14)CO_(2)气体的高灵敏检测。系统采用由三个高反镜组成的驻波V型腔,在不增加光学腔物理长度的情况下将光谱分辨率提升一倍。通过台阶式扫描激光波长从而依次触发相邻腔模的衰荡事件,在实现对完整分子光谱测量的同时,保证了腔衰荡光谱信号的信噪比。为了避免由于腔长和激光频率漂移造成的触发位置变化,实验中对台阶电压值进行了动态修正,从而实现了对^(14)CO_(2)光谱的长期稳定测量。通过Allan方差分析,得到该系统的探测极限为2.5×10^(-10)cm^(-1),最小可探测^(14)CO_(2)浓度为1.2×10^(-12)。这项技术可用于监测核电站废气中的放射性二氧化碳排放。 展开更多

关键词 光谱检测 激光吸收光谱 腔衰荡光谱 放射性二氧化碳

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激光诱导铝等离子体结构演化及传播机制

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作者 赵洋 张雷 +3 位作者 田志辉 张秀清 马维光 尹王保 《光学精密工程》 北大核心 2025年第13期1999-2007,共9页

搭建了具有1 ns时间分辨率和0.01 mm空间分辨率的高时空分辨等离子体瞬态成像系统。在氩气环境与10 GW/cm^(2)的激光条件下,实现了对铝等离子体中中性原子(AlⅠ/ArⅠ)和一次电离离子(AlⅡ/ArⅡ)的空间分布动态测量。实验结果表明,等离... 搭建了具有1 ns时间分辨率和0.01 mm空间分辨率的高时空分辨等离子体瞬态成像系统。在氩气环境与10 GW/cm^(2)的激光条件下,实现了对铝等离子体中中性原子(AlⅠ/ArⅠ)和一次电离离子(AlⅡ/ArⅡ)的空间分布动态测量。实验结果表明,等离子体呈狭长形态,其轴向膨胀速度高于径向速度。由于激光与氩气层的强耦合作用,冲击气体层呈现高电离度,氩离子会与铝蒸气羽核相互重叠,其形态特征符合激光支持爆轰波理论模型。还讨论了不同类型粒子的寿命,揭示了上能级能量差异与离子复合过程对激发态粒子布居数衰减速率的影响机制。该成像系统突破了传统成像技术采集强度为观测方向积分值的局限性,为观察等离子体粒子的分布结构和膨胀过程提供了新方法,所揭示的等离子体时空演化规律有望为高精度激光诱导击穿光谱应用提供理论支撑。 展开更多

关键词 激光光谱 激光诱导等离子体 激光支持爆轰波 粒子分布

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近红外光学反馈线性腔增强吸收光谱技术 被引量：9

6

作者 许非 周晓彬 +2 位作者 刘政波 赵刚 马维光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期933-939,共7页

腔增强吸收光谱技术(Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy,CEAS)利用激光在腔镜之间的多次反射,增长光与气体介质的作用路径,从而提升探测灵敏度。CEAS的主要噪声来源于激光-腔耦合效率的低下和腔模幅度的起伏。光学反馈腔增强吸... 腔增强吸收光谱技术(Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy,CEAS)利用激光在腔镜之间的多次反射,增长光与气体介质的作用路径,从而提升探测灵敏度。CEAS的主要噪声来源于激光-腔耦合效率的低下和腔模幅度的起伏。光学反馈腔增强吸收光谱技术(OF-CEAS)基于光学反馈(Optical Feedback,OF)效应,将激光频率锁定到腔模频率上,提高了激光-腔的耦合效率。为了避免光学腔直接反射光引起光学反馈,传统的OF-CEAS大都采用三镜V型谐振腔。然而,实验发现当反馈相位控制恰当时,光学腔直接反射光并不会影响光学反馈,激光可以锁定到光学腔的谐振光上。因此,提出了基于线性F-P腔的OF-CEAS。利用透射腔模的对称性计算得到反馈相位控制的误差信号,实现了激光频率到连续101个腔模频率的锁定。最后对32×10^(-6)的甲烷标气进行检测,获得OF-CEAS吸收信号,评估得到的探测灵敏度可达0.54×10^(-6)(1σ)。 展开更多

关键词 激光光谱 腔增强吸收光谱技术 分布反馈式半导体激光器 光学反馈 线性F-P腔

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二元激光等离子体的时空演化机制研究 被引量：2

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作者 赵洋 张雷 +3 位作者 程年恺 尹王保 侯佳佳 白成华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2067-2073,共7页

由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源,其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比,因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术... 由于等离子体是激光诱导击穿光谱(LIBS)的光谱源,其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比,因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。利用时间、空间、波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体,获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像,以期探索不同激光支持吸收波(LSAW)类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。实验通过低、高激光辐照度的脉冲激光,分别构建了激光支持燃烧波(LSCW)和激光支持爆轰波(LSDW)型等离子体。通过观察等离子体的形态、内部结构、粒子分布、粒子寿命,结合元素的物理性质及谱线属性,分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用,形成了二元激光等离子体的时空演化机制。结果表明:(1)激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构;(2)低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布,激光主要吸收区位于蒸汽等离子体,此时粒子的寿命较短,分布结构主要依赖于元素熔点,低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出,分布于蒸汽等离子体顶部;(3)高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型,其内部蒸汽等离子体与冲击气体层有很大的混合区域,激光主要被冲击气体层所吸收,此时粒子寿命延长,分布结构主要依赖于元素的相对原子质量。高激光辐照度会使难混溶合金表面烧蚀区域内的粒子同时汽化,粒子速度与相对原子质量的平方根成反比,即相对原子质量小的粒子飞行速度快,分布在蒸汽等离子体顶部。以上等离子体粒子分布结构的时空演化机制有望普适于其他元素甚至多元等离子体情形。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 激光支持燃烧波 激光支持爆轰波 粒子分布

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基于电流扫描波长响应函数直接确定正弦波扫描波长调制光谱中DFB激光器的相对波长响应 被引量：5

8

作者 郭松杰 刘建鑫 +2 位作者 周月婷 许非 马维光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2281-2288,共8页

为了研究适用于描述正弦波扫描波长调制光谱中相对波长响应的方法,提高正弦波扫描测量气体浓度的准确性,对现有的描述激光器相对波长响应的方法进行了讨论。首先,分析现有的几种描述激光器波长响应的方法是否适用于正弦波扫描。然后,比... 为了研究适用于描述正弦波扫描波长调制光谱中相对波长响应的方法,提高正弦波扫描测量气体浓度的准确性,对现有的描述激光器相对波长响应的方法进行了讨论。首先,分析现有的几种描述激光器波长响应的方法是否适用于正弦波扫描。然后,比较由不同方法模拟的相对波长响应和实测的激光器波长响应残差,残差越小说明激光器波长响应越准确。最后,用确定的准确快捷的方法测量二氧化碳气体浓度。实验结果表明,由电流扫描波长响应(CSWR)直接确定相对波长响应(RWR)的方法描述激光器的波长响应更准确。将得到的相对波长响应与通过标准具实测的结果进行比较,二者残差的标准偏差小于5×10^-3 cm^-1。利用该方法结合多光程池技术和免定标波长调制技术,能够准确测量二氧化碳的气体浓度。 展开更多

关键词 正弦波扫描 波长响应 波长调制 浓度误差

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面向气体绝缘设备故障检测的高灵敏SO_(2)光声气体传感器 被引量：1

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作者 周阳 李尚志 +5 位作者 袁宇鹏 董磊 崔茹悦 薛积禹 申晓雯 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期384-390,共7页

针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积... 针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积仅0.39 mL的非共振光声池对微弱光声信号进行放大增强,最终通过检测光声信号实现对SO_(2)浓度的在线反演。通过优化调制频率等关键参数,传感器在室温和常压条件的SO_(2)探测灵敏度可达到286.9 ppb(在1 s积分时间内实现),且实验结果表明,当延长积分时间至100 s时,最低检测限低至9.1 ppb。该光声探测传感器具有高灵敏度、良好选择性和长期稳定性,能够为GIS设备潜在故障的早期诊断提供高效、可靠的技术支持。 展开更多

关键词 二氧化硫 痕量气体检测 光声光谱 非共振光声池 紫外激光器

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基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计 被引量：4

10

作者 马英 余亮 +5 位作者 郑华丹 刘群 丘丹圭 侯建荣 尹王保 董磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期54-59,共6页

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频... 为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 光学气体传感器 传感器优化 泛频振动

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基于共振与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术研究 被引量：3

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作者 侯佳佳 张雷 +5 位作者 赵洋 尹王保 董磊 马维光 肖连团 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期261-265,共5页

激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析中的自吸收效应不仅会降低谱线强度和增加线宽,而且使定标结果饱和,从而影响最终的分析精度。为了消除该效应的影响,提出了一种基于共振双线与非共振双线选择的自吸收免疫激光诱导击穿光谱(SAF-LIBS)技术... 激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析中的自吸收效应不仅会降低谱线强度和增加线宽,而且使定标结果饱和,从而影响最终的分析精度。为了消除该效应的影响,提出了一种基于共振双线与非共振双线选择的自吸收免疫激光诱导击穿光谱(SAF-LIBS)技术,通过比较所测谱线强度比值和理论强度比值来确定等离子体的光学薄时刻,并使用共振线与非共振线来拓展元素含量的可测量范围。该技术可以分为定标和定量两个分析过程,其定标过程为:计算待测元素的共振双线及非共振双线的理论强度比,通过对比不同待测元素含量样品的共振双线及非共振双线在不同延时下的强度比和理论比,确定等离子体的光学薄时刻;使用一系列标准样品建立LIBS非共振线的单变量定标曲线;利用准光学薄谱线建立共振线和非共振线的SAF-LIBS单变量分段定标曲线。其定量分析过程为:先用非共振线和LIBS定标曲线确定未知样品所属的含量分段,再用准光学薄谱线以及与所属分段的共振或非共振SAF-LIBS定标曲线完成定量分析。对Cu元素的单变量定标结果表明,对于共振线,最佳延时随着样品含Cu量的增加而增加,且只有当含Cu量低于0.05%时,才可能获得准光学薄的共振线,而随着Cu含量的增加,自吸收变得非常严重,以至于无法获得光学薄的共振线;对于非共振线,当含Cu量在0.01%~30%范围内,均可获得准光学薄的非共振谱线,而当Cu含量大于50.7%时,将无法在等离子体寿命期内捕获到光学薄谱线。对Cu元素的定量分析结果表明,基于共振双线与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术可以有效地避免自吸收效应的影响,各分段定标曲线的线性度均大于0.99,对两个未知样品中Cu元素含量的绝对测量误差分别为0.01%和0.1%,探测限达到了1.35×10-4%,最大可测量范围拓展至50.7%。 展开更多

关键词 激光诱导击穿光谱 自吸收效应 光学薄 元素分析

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音叉式石英晶振用于光声气体传感的研究进展 被引量：4

12

作者 董磊 李尚志 +1 位作者 尚智金 武红鹏 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第2期16-28,F0002,共14页

旨在讨论基于音叉式石英晶振(石英音叉)的石英增强光声光谱技术最新进展及应用.从石英音叉的基本原理以及标准32.7 kHz石英音叉的局限性开始,介绍了新型石英音叉的设计及改进方案,然后依据石英音叉的振动模式,将其按照基频振动模式以及... 旨在讨论基于音叉式石英晶振(石英音叉)的石英增强光声光谱技术最新进展及应用.从石英音叉的基本原理以及标准32.7 kHz石英音叉的局限性开始,介绍了新型石英音叉的设计及改进方案,然后依据石英音叉的振动模式,将其按照基频振动模式以及第一泛频振动模式进行分类并展开详细描述.此外,基于这些定制音叉的特性,介绍了它们应用于石英增强光声光谱气体传感领域的最新进展,阐述了基于新型定制石英晶振的石英增强光声光谱传感系统的稳定性以及可靠性. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 定制石英音叉 振动模式 痕量气体传感

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基于连续波腔衰荡光谱的CO_(2)气体分析装置研制 被引量：2

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作者 马维光 周晓彬 +5 位作者 曹振松 许非 田建飞 周月婷 刘建鑫 赵刚 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期633-640,共8页

连续波腔衰荡光谱技术(CW-CRDS)可以实现对痕量气体的高灵敏检测。基于(CW-CRDS),采用近红外分布反馈式二极管激光器(DFB-DL)和半导体光放大器(SOA),使用自主设计的高精细度Fabry–Pérot腔、激光驱动器、阈值检测电路,实现了紧凑... 连续波腔衰荡光谱技术(CW-CRDS)可以实现对痕量气体的高灵敏检测。基于(CW-CRDS),采用近红外分布反馈式二极管激光器(DFB-DL)和半导体光放大器(SOA),使用自主设计的高精细度Fabry–Pérot腔、激光驱动器、阈值检测电路,实现了紧凑型气体分析装置的设计。其中SOA在放大激光功率、提升衰荡信号信噪比的同时,还作为光开关,用于触发衰荡事件。整个系统集成在一个700 mm×300 mm×185 mm的定制机箱中,基于该装置测量了位于6359.97 cm^(−1)处的CO_(2)气体,对空腔衰荡的时间序列分析结果显示系统的探测极限为3.85×10^(−8)cm^(−1)。 展开更多

关键词 光谱学 气体分析装置 腔衰荡光谱 CO_(2)气体检测 分布反馈式二极管激光器

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面向毫赫兹频段激光强度噪声抑制的低噪声光电探测技术 被引量：6

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作者 郑立昂 李番 +8 位作者 王嘉伟 李健博 高丽 贺子洋 尚鑫 尹王保 田龙 杨文海 郑耀辉 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期272-281,共10页

通过选定低噪声电压基准芯片作为光电二极管的稳定偏压,采用低暗电流光电二极管,设计外围跨阻放大电路,利用低温漂系数元件,温控及电磁屏蔽等,研发低噪声光电探测器,并通过低频段强度噪声评估系统对其噪声进行测试评估。实验结果表明:... 通过选定低噪声电压基准芯片作为光电二极管的稳定偏压,采用低暗电流光电二极管,设计外围跨阻放大电路,利用低温漂系数元件,温控及电磁屏蔽等,研发低噪声光电探测器,并通过低频段强度噪声评估系统对其噪声进行测试评估。实验结果表明:所研发的低噪声探测器在空间引力波频段的电子学噪声谱密度在1.649×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,在0.1 mHz处为1.649×10^(-5)V/Hz^(1/2),在1 mHz处为6.95×10^(-6)V/Hz^(1/2),在1 Hz处为7.07×10^(-8)V/Hz^(1/2);在8 mW激光入射光电二极管时,探测器抬高为40 dB。该探测器噪声性能均小于相应引力波探测中对激光强度噪声的要求,可为引力波探测中激光强度噪声抑制等方面提供关键器件支撑。 展开更多

关键词 激光放大器 空间引力波探测 光电探测 电压噪声表征 对数轴谱密度算法

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基于调制射频场电磁诱导透明光谱的工频电场测量 被引量：4

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作者 张淳刚 李伟 +2 位作者 张好 景明勇 张临杰 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期154-160,共7页

利用双光子(852 nm和509 nm)激发方式实现了铯原子53S_(1/2)里德堡态制备,并研究了射频电场导致的交流斯塔克效应作用下53S1/2里德堡原子的电磁诱导透明光谱。通过改变射频电场幅度,得到了电磁诱导透明光谱斯塔克频移与电场幅度的关系... 利用双光子(852 nm和509 nm)激发方式实现了铯原子53S_(1/2)里德堡态制备,并研究了射频电场导致的交流斯塔克效应作用下53S1/2里德堡原子的电磁诱导透明光谱。通过改变射频电场幅度,得到了电磁诱导透明光谱斯塔克频移与电场幅度的关系。实验中将工频电场幅度调制到射频电场,实现了工频电场场强的可溯源测量,场强灵敏度达到0.37 V/cm,测量动态范围为37.2 dB。同时获得了工频电场频率的精确测量,频率测量的不确定度优于0.1%。 展开更多

关键词 里德堡原子 电磁诱导透明光谱 斯塔克频移 射频电场 工频电场

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湿度和SF_6在石英增强光声光谱中对CO分子弛豫率的影响 被引量：9

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作者 卫婷婷 武红鹏 +1 位作者 尹旭坤 董磊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1870-1875,共6页

为了研究六氟化硫(SF_6)气体分子和水汽(H_2O)对一氧化碳(CO)气体分子的弛豫率的影响,建立了一个基于石英增强光声光谱(QEPAS)技术的痕量气体传感器系统。采用1.57μm的近红外分布式反馈二极管激光器作为激励光源,并对不同SF_6和H_2O气... 为了研究六氟化硫(SF_6)气体分子和水汽(H_2O)对一氧化碳(CO)气体分子的弛豫率的影响,建立了一个基于石英增强光声光谱(QEPAS)技术的痕量气体传感器系统。采用1.57μm的近红外分布式反馈二极管激光器作为激励光源,并对不同SF_6和H_2O气体浓度下的CO的光声信号进行对比研究。首先用CO传感器系统探测CO与N_2的气体混合物中CO的光声信号,然后在CO与N_2气体混合物中加入不同浓度的SF_6气体,分别探测不同浓度SF_6气体下的CO光声信号强度。最后在CO与N_2的气体混合物中加入不同浓度H_2O,探测加入H_2O后的CO的光声信号强度。实验结果表明随着CO和N_2气体混合物中SF_6气体浓度的增加,CO的光声信号幅值几乎没有变化,而在混合物中加入2.5%的H_2O后,发现CO的光声信号提高了约5倍。因此,SF_6对CO气体的弛豫率没有明显的影响,然而H_2O的添加能够有效缩短CO气体的弛豫时间。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 痕量气体 近红外激光器 弛豫率

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面向空间引力波探测的低噪声平衡零拍探测系统研究(特邀) 被引量：4

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作者 王炜杰 李番 +6 位作者 李健博 鞠明健 郑立昂 田宇航 尹王保 田龙 郑耀辉 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期101-109,共9页

空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及... 空间引力波探测频段位于0.1 mHz~1 Hz范围内,在该频段内包含了更大特征质量和尺度的引力波波源信息。目前,基于不同尺寸及空间轨道的大型激光干涉空间引力波探测计划已经逐步实施,其中在干涉仪的激光光源系统中,需要抑制激光强度噪声及频率噪声等,光电探测作为激光噪声表征及抑制的第一级器件,其性能将直接影响激光噪声抑制效果。通过选定低噪声芯片、高稳定偏压系统的基础上,采用自减电路及跨阻放大电路进行整体电路设计;在电磁屏蔽、低温漂系数元件、低噪声供电以及主动温控等技术手段实现了高增益低噪声平衡零拍探测系统的研制;结合快速傅里叶变换法以及对数轴功率谱密度算法对其增益、带宽等性能进行评估测试,并进一步对激光的强度噪声在0.05 mHz~1 Hz频段进行探测表征。实验结果表明:所研发平衡零拍探测电子学噪声谱密度在1 mHz~1 Hz的频率范围内在3.6×10^(-5)V/Hz^(1/2)以下,小于空间引力波探测对激光光源噪声要求;进一步当入射光功率为400μW时,测量得到平衡零拍探测系统在0.1 mHz~1 Hz的频率范围内增益在20 dB以上;激光强度噪声谱密度在1 mHz处为3.6×10^(-2)V/Hz^(1/2),实现低噪声光电探测及激光强度噪声表征,为空间引力波探测中激光强度噪声表征及抑制等方面提供关键器件支撑。 展开更多

关键词 空间引力波探测 平衡零拍探测 真空噪声 对数轴谱密度算法

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光声成像技术在生物医学中的研究进展(特邀) 被引量：7

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作者 申晓雯 武红鹏 董磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期73-91,共19页

随着光声光谱的不断发展,以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外,还拥有声学深度传播优势,能够突破光学衍射极限、散射极限,获得高成像分辨率。本文介绍了光声成像的... 随着光声光谱的不断发展,以光声效应为基础所兴起的非侵入式光声成像技术正逐步成为生物医学的研究热点。该技术除具有光学成像优点外,还拥有声学深度传播优势,能够突破光学衍射极限、散射极限,获得高成像分辨率。本文介绍了光声成像的原理机制,对目前三种典型光声成像技术:光声断层成像技术、光声显微镜技术和光声内窥镜技术分别进行了介绍,总结对比了这三种成像技术的优势,同时总结了近十几年随着光声技术的不断发展,为提高其成像分辨率的各类方法,最后展望了三种技术的未来发展趋势。 展开更多

关键词 光声光谱 生物医学 光声成像 结构成像

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用于激光背光源电视的扫描分光与消散斑系统 被引量：6

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作者 宋少华 仝召民 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期271-278,共8页

针对单颗激光二极管光功率过高不能直接用于激光液晶电视光源阵列的限制,本文设计了将高功率激光束分为多束功率接近的子光束的扫描分光系统,从而为液晶电视提供激光背光。系统中激光器发出的准直光束经过扫描振镜进行二维扫描后,经凸... 针对单颗激光二极管光功率过高不能直接用于激光液晶电视光源阵列的限制,本文设计了将高功率激光束分为多束功率接近的子光束的扫描分光系统,从而为液晶电视提供激光背光。系统中激光器发出的准直光束经过扫描振镜进行二维扫描后,经凸透镜和柱面透镜会聚成一条细线型光束耦合进一维多模光纤阵列,从而达到分光的目的。此外,基于扫描振镜和多模光纤实现了系统散斑的抑制。实验结果显示,11根光纤的平均单根出射功率为674.13μW,离散系数为16%,平均散斑对比度为0.162。使用激光作为背光源的激光液晶电视因其优秀的显示性能而具备强大的市场竞争力和广阔的市场前景。 展开更多

关键词 液晶电视 激光电视 扫描振镜 背光 分光 散斑抑制

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音叉式石英晶振共振频率对QEPAS传感器性能影响的研究 被引量：1

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作者 李彪 董磊 武红鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3056-3060,共5页

以标准商用石英音叉(QTF)为测声模块的石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种痕量气体检测技术。标准商用QTF拥有的小体积,高Q值,高共振频率的特性使QEPAS技术具有结构紧凑且对环境噪声免疫的特性。但传统商用QTF狭窄的振... 以标准商用石英音叉(QTF)为测声模块的石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种痕量气体检测技术。标准商用QTF拥有的小体积,高Q值,高共振频率的特性使QEPAS技术具有结构紧凑且对环境噪声免疫的特性。但传统商用QTF狭窄的振臂间距以及较高的共振频率,使其无法在光源光束质量较差或被测气体弛豫率较低的情况下被很好的应用于QEPAS系统。为克服上述难题,非标准商用QTF(f0≠32.7kHz)被设计制作并越来越多的被装配于QEPAS系统中。因此,QTF共振频率对QEPAS系统信噪比的影响需要被详细研究。以水汽为目标气体,采用二次谐波调制解调技术研究了QTF共振频率对基于QEPAS技术传感器性能的影响。实验结果表明,QTF共振频率的变化对QEPAS系统的输出信号及噪声均有显著影响且QTF共振频率与QEPAS系统信噪比之间存在反比关系。上述结论对QEPAS系统中非标准QTF的设计及使用均具有重要的指导价值,对该类传感器的研发及应用意义重大。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 石英音叉 光学气体传感器 痕量气体检测

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