甲烷 (CH4) 和氮气 (N2) 是很多类地星体的主要气体成 分, HCN、CN、C2H2 等分子是以这两种混合气体为母体的主要产物。实验利用 CH4/N2 放电等离子体模拟主要产物分子的形成过程, 并基于中红外波长调制吸收光谱技术, 通过测量 HCN 和 C2H2 的吸收光谱研究了其浓度演化过程。实验结果表明 HCN 和 C2H2 的相对浓度依赖母体分子中的 C/N 比例。母体分子中 N2 过量有利于 HCN 的生成, 而 CH4 过量有利 于 C2H2 的形成。CH4 和 N2 的浓度配比实验表明, HCN 的主要生成途径 为 CH3+N→HCN+H2。此外, CH4/N2 辉光放电生成的 C2H2 也可能进一步与 N2 结合生成 HCN。

CN自由基在生命形成过程中起着重要作用。在早期行星大气中, CN的生成与氮气(N2)和甲 烷(CH4)有密切关系。以土卫六大气成分为参考,利用CH4和N2的混合气体模拟早期大气环境,并对模拟大气进行辉光放电产生CN 自由基,通过测量CN自由基的吸收光谱研究了CH4、N2比例和土卫六大气中的痕量气体对CN生成的影响。在N2和 CH4混合气体的低压辉光放电中,当CH4气压占总气压的20%左右时, CN自由基的生成浓度最大。保持N2和CH4气压配比不变而 改变总气压时,起初CN自由基浓度随总气压增加而增加;当总气压超过60 Pa时, CN自由基浓度随着总气压的增加趋缓;而当总气压大于90 Pa时, CN浓度随着总气压的增加缓慢减少。在给定气压和CH4-N2浓度配比条件下, CN自由基的浓度都随放电电流增加而增大。土卫六大气中存 在痕量水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO), 在N2和CH4混合气体放电过程中加入少量这些气体都会抑制CN自由基的生成。

We present a Herriott-type multipass laser absorption spectrometer enhanced by optical heterodyne detection. The proposal is demonstrated by measuring the spectra of water vapor molecule in the region from 12247.6873 to 12249.6954 cm-1. Compared with direct absorption spectroscopy, the signal-to-noise ratio is improved nearly one magnitude of factor by combining with the optical heterodyne spectroscopy and extra weak absorption lines are observed. The minimum detectable absorption is estimated at 4.36×10-8 cm-1and the measured line shape dominated by Doppler broadening can be precisely recovered by direct transformation of experimental optical heterodyne spectral profile.

频率稳定的激光器在精密计量、高分辨率光谱等许多领域具有重要的应用。使用KTP晶体将Nd:YAG激光器输出的激光(1064 nm)倍频到532 nm，采用波长调制吸收光谱技术获得吸收峰的一次谐波信号作为鉴频信号，并基于数字比例积分微分(PID)反馈控制技术，把倍频后的频率稳定在碘分子B-X态(32-0)带的R(56)吸收峰上，在1 h的连续测量时间内，频率漂移幅度小于2 MHz，远小于多普勒受限的光谱线宽，频率稳定度达到了10-9量级，整套系统可以实现长时间连续工作。使用的数字PID稳频方案，可以有效抑制激光的长期频率漂移，具有方案简单、易于实现的优点，同时显著降低了较大幅度随机噪声对系统稳定性的影响。

基于有差伺服调节技术,实现了外置光学谐振腔的共振频率与钛宝石激光器工作频率的锁定。该技术采用压电陶瓷作为执行元件,通过对压电陶瓷的调制,实现了对透射激光功率的调制,并由锁相放大器解调获得伺服信号,该伺服信号经过高压放大器放大后控制压电陶瓷的伸缩来调控谐振腔的腔长,从而使腔的共振频率锁定在激光频率上。当激光工作于单一频率时,谐振腔的谐振频率可以长时间地与激光频率保持锁定,锁定后腔的透射光功率相对起伏的稳定性为2%。当激光频率扫描时,谐振腔的谐振频率可以在2 GHz范围内不间断地与激光频率保持锁定。