基于波长调制技术的激光器调制特性研究

摘要：

在流场诊断技术中,可调谐半导体吸收光谱技术(TDLAS)成为主要的诊断技术之一,其可实现非接触、原位检测.波长调制(WMS)和直接吸收(DA)是两种最常用的 TDLAS气体传感方法,在目标含量很低或者极端流场环境下,波长调制技术呈现出更多的优势,检测灵敏度与直接吸收相比可以提高1～2个数量级.在近红外波长调制技术应用领域,分布反馈式(DFB)半导体激光器成为流场诊断技术的光源选择之一,无论利用谐波信号(或者归一化谐波信号)的线型拟合,还是选择谐波信号的峰值来反演流场参数,吸收模型的准确建立均十分重要.在模型建立时,激光器频率‐时间响应以及光强‐时间响应的准确表示尤为重要.为解决吸收模型准确建立问题,提出了一种准确测量激光器调制参数的完整方法,通过实验测量了用于探测水汽吸收的1 392和1 469 nm激光器的调制特性,研究了分布反馈式激光器的调制参数随调制幅度,调制频率以及工作温度的变化.根据该方法得到的调制参数,建立吸收模型,测得常温下空气中水汽浓度为1·97%,直接吸收方法测得浓度为1·99%,验证了该测量方法的准确性.研究表明,调制深度随调制幅度的增加线性增加,随调制频率的增加非线性单调减小,随工作温度的升高线性增加;激光器的出光强度和频率同时被调制,强度变化超前频率变化的相位,随调制幅度的变化不明显,随调制频率的增加单调增加,随工作温度的升高单调减小;归一化一次谐波振幅和二次振幅均随调制幅度的增加而增加,随调制频率的增加而减小,随工作温度的变化不明显.在吸收光谱应用领域,波长调制技术发挥的作用愈加重要,调制系数与谐波信号的峰值息息相关,在波长调制技术应用时,选取适当的调制参数,有利于得到合适的谐波信号,可通过改变调制幅度、调制频率、工作温度得到最优调制系数.研究了近红外分布反馈式半导体激光器的调制特性,该方法同样适用于不同封装和不同波段激光器调制特性的研究,利于推广吸收光谱技术在各领域的应用.

关键词：TDLAS、波长调制、调制深度、调制幅度、DFB、吸收模型

所属期刊栏目：39

分类号：O433.1(光学)

资助基金：国家重点研发计划项目2016YFC0201104

在线出版日期：2020-01-17（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：2702-2707