腔衰荡光谱技术中衰荡时间的准确快速提取

摘要：

对NO3腔衰荡光谱（cavity ring-down spectroscopy ，CRDS）探测系统中衰荡时间的准确提取方法进行了研究。对衰荡时间有效快速的提取可以提高CRDS测量的精度和速度。选取了五种常用的提取衰荡时间的拟合方法，分别为快速傅里叶变换法、离散傅里叶变换法、线性回归总和法、列文伯格-马夸尔特算法和最小二乘法。采用以上五种算法对带有不同大小白噪声的模拟衰荡信号进行拟合，并从受噪声影响情况、拟合准确性和精度、拟合速率，三个方面对五种算法的拟合结果进行对比和分析，结果表明列文伯格-马夸尔特算法和线性回归总和法准确度高、抗噪能力强，但列文伯格-马夸尔特算法拟合速率相对较慢。选取衰荡时间的5～10倍为衰荡信号的最佳拟合波形长度，此时五种算法拟合结果的标准偏差最小。采用外部调制二极管激光器及高反腔搭建CRDS探测系统，针对0.2％噪声的实验条件，选取线性回归总和法和列文伯格-马夸尔特算法对实际测量的实验数据进行处理。实验表明，线性回归总和法拟合准确度和精度与列文伯格-马夸尔特算法相似，但拟合速率比列文伯格-马夸尔特算法快约5倍。实验结果与模拟分析相吻合，表明线性回归总和法为适合我们实验条件的最佳拟合方法。

关键词：腔衰荡光谱、衰荡时间、NO3、拟合方法

分类号：O433(光学)

资助基金：中国科学院战略性先导科技专项B类XDB05040200;国家自然科学基金项目41275038，61108031，61275151，41305139

在线出版日期：2014-10-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2845-2850