EC-QCL中红外激光外差光谱遥测技术研究

摘要：

具有高灵敏度、高光谱分辨率的中红外激光外差光谱气体探测,是以窄线宽激光器作为本地振荡器,通过放大入射的微弱吸收信号,实现大气痕量气体柱浓度和垂直浓度廓线的遥感探测技术.基于当前的激光外差辐射计,提出了一种新型的仪器结构.引入直接吸收光谱系统实现外差系统工作波长的选定和频率标定.采用紧凑型红外黑体源 EMIRS200 作为宽带辐射光源,替代太阳光,进行激光外差系统的验证分析.为激光外差辐射计的下一步系统集成提供了新方法.研制了中红外宽调谐激光外差辐射计概念验证系统,对系统基本参数进行了测试分析.该系统采用 8μm外腔量子级联激光器(EC-QCL)作为本地振荡光源,红外黑体源 EMIRS200 作为辐射光源.通过对该系统基本参数的测试数据分析,获得了系统信噪比(～120)和外差转换效率(～0.006)参数.利用艾伦方差分析确定了 EC-QCL 的稳定时间至少达到了 133 s,因此非常适合于激光外差光谱的采集.得到直接吸收光谱系统的 1σ最小体积分数探测限为 2.312×10-8,能够满足大气甲烷高灵敏检测需求,同时实现外差系统工作波长的选定和频率标定.最后利用已建立的激光外差辐射计概念验证系统获取了甲烷中红外 8μm处高分辨激光外差吸收光谱,并与甲烷在 8μm波段附近的直接吸收光谱进行了光谱比对.最后拟合了系统光谱分辨率参数,验证了该概念验证系统的高光谱分辨率,能满足较窄线宽条件下的高分辨率激光外差光谱的测量.实验结果表明,激光外差系统中引入直接吸收光谱系统可以实现外差系统工作波长的选定和频率标定.紧凑型红外黑体源 EMIRS200 可以用于激光外差辐射计的结构优化,实现激光外差系统的分析验证,为进一步应用于测量实际大气中多组分气体的光谱提供了实验基础并拓展激光外差辐射计在高精度遥感探测领域的应用.

关键词：大气遥感、外腔量子级联激光器、中红外、激光外差

所属期刊栏目：43

分类号：O433.5(光学)

资助基金：国家自然科学基金;安徽省自然科学基金;安徽高校协同创新项目;合肥学院人才科研基金项目;安徽省高校自然科学研究项目

在线出版日期：2023-07-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1739-1745