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          利用中紅外超連續光源研究各種氣體在中紅外波段的吸收特性 - 筱曉光子實驗分析⑤ 2021-09-28

          當一束激光穿過氣體時,如果激光正處于某個特定的波長,氣體會大量吸收光子,導致透射出氣室后激光在該波段的功率會突然下降,但是其他不在氣體吸收波段的激光功率不會下降,這導致最終的光譜圖在吸收波段處會出現一個凹陷,這被稱為該氣體的吸收峰。不同的氣體都有它獨特的吸收波段作為該氣體的識別碼,它在氣體濃度檢測方面具有至關重要的作用。

          要探究氣體未知吸收峰,TDLAS等通過連續光掃頻檢測吸收峰的方案已不再適用,需要利用中紅外超連續光源直接探測氣體吸收峰。該方法相比前者更為直觀、高效,但是對光譜儀的測量精度和光源的譜寬要求非常高。


           本文搭建的中紅外吸收光譜檢測系統就是采用了直接吸收法,對氣體的吸收峰進行直接探測,其實驗裝置圖如下:

          微信圖片_20210928101243.jpg



          中紅外超連續激光器的輸出光譜范圍為2um~4um,輸出光平均功率為1W,利用橫河光譜儀AQ6377測量輸出光的光譜,如下圖所示(中間2700nm處的凹陷為空氣中水分子的吸收峰):


          微信圖片_20210928101302.jpg



          由圖可以看出,該激光在各個波段的輸出光功率都保持穩定,完全可以用于測量2um~4um的物質吸收峰。


           由于該脈沖光峰值功率過高,直接進入氣室可能會損壞氣室內部鍍膜,也遠大于光譜儀的閾值功率,我們使用兩片分光鏡將功率衰減至80mW,同時調節兩片鏡子的反射角度,使得激光以最合適的角度入射氣室,并在氣室的出光口通過透鏡將氣體吸收后的激光耦合進中紅外光纖,利用光纖將激光傳輸進光譜儀進行吸收光譜的測量。在測量結束后,計算機利用以太網收集光譜儀的數據,并和SpectraPlot的官方吸收光譜做對比。我們分別測量了C2H2、C2H6、C3H8以及NH3的吸收光譜,測量結果與SpectraPlot的數據較為符合,如下圖所示:


          微信圖片_20210928101319.jpg



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