基于功率增强型QEPAS技术的二氧化碳气体高灵敏检测研究

摘要：

二氧化碳 (CO2) 是环境大气以及燃烧废气的主要成分, 同时也是重要的化工原料, 对其浓度进行高灵敏度检测在物理、生物、化学等众多学科中均有重要的应用.传统检测方法已经无法满足国防科研、能源化工、医疗诊断等科技前沿领域中对CO2浓度检测的需求.石英增强光声光谱 (QEPAS) 技术是近年来发展迅速的一种激光检测技术, 具有高分辨率、小体积、对环境噪声免疫等优点.基于QEPAS技术探测灵敏度与激励光功率成正比的特性, 以中心波长为1 572 nm的窄线宽分布反馈式半导体激光器为激励光源, 将掺饵光纤放大器 (EDFA) 与QEPAS技术联用, 提出了功率增强型QEPAS技术, 实现了光声信号的大幅度提高.此外, 通过波长调制技术、谐波解调技术以及电调制相消技术的使用, 成功将装置的整体噪声压制在音叉式石英晶振的理论热噪声水平.激光波长调制深度对装置信号幅度的影响也通过实验在一个标准大气压下进行了研究.结果显示, 对6 361.25 cm-1处CO2气体吸收线, 当激光功率为1 495 mW, 调制深度为0.33 cm-1, 系统探测带宽为0.833 Hz时, 功率增强型QEPAS装置对CO2的探测灵敏度为3.5 ppm, 归一化等效吸收系数为1.01×10-8 W·cm-1·Hz-1/2.

关键词：石英增强光声光谱、光纤放大器、电调制相消、CO2检测

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分类号：O433.1(光学)

资助基金：国家自然科学基金项目6622503,61575113;山西省高等学校创新人才支持计划;山西省"三晋学者"特聘教授支持计划2017QNSJXZ-04;山西大学本科生科研训练计划资助

在线出版日期：2019-06-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：840-844