上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海 200240
基于丙丁烷在3.37μm处的基频吸收峰, 使用相应中心波长的连续带间级联激光器和长光程吸收池, 研制了基于波长调制技术的丙丁烷气体检测系统。为自动确定波长调制过程中的锯齿波中心值参数, 基于电流与输出光频率的线性关系, 通过均匀增加激光器驱动电流获得直接吸收光谱。使用基于洛伦兹线型的拟合算法确定吸收峰值对应电流, 使锯齿波输出光以其为中心覆盖吸收峰。实验证明, 以拟合结果31.94mA为中心值的锯齿波, 在叠加频率为20000Hz、幅值为0.03V的高频正弦调制波后, 系统二次谐波峰值超过100mV。算法全过程不依赖标气和F-P标准具等精密光学器件, 可适应实际生产条件下的系统自动定参。
带间级联激光器 可调谐半导体激光吸收光谱 气雾剂检漏 中红外吸收峰 洛伦兹光谱线型 interband cascade lasers tunable diode laser absorption spectroscopy aerosol leak detection system mid-infrared absorption peak Lorentz profile
1 北京航空航天大学“惯性技术”重点实验室, “新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室, 北京 100191
2 上海航天控制工程研究所, 上海 200233
利用SERF原子自旋效应能够实现高灵敏度的磁场测量, 碱金属原子密度与缓冲气体压强是敏感表头碱金属气室的重要参数, 需要精确地测量。提出一种应用原子吸收光谱对碱金属蒸气的原子密度与压强测量方法, 通过扫描碱金属原子的吸收光谱, 进行Lorentz线型拟合, 经解算同时得到原子密度和压强, 一次实验获得两个物理量。由于多普勒展宽和压力展宽主要受到碱金属气室温度和缓冲气体压强的影响, 从这两个方面进行了仿真分析。结果表明, 充入2 amg缓冲气体时, 313～513 K温度范围内的Lorentz线型与Voigt线型计算的光子吸收截面积峰值的理论误差始终小于0.015%;缓冲气体压强高于0.6 amg(393 K)时, 其峰值误差小于0.1%, 表明该条件下多普勒展宽对吸收光谱的影响可以忽略, 可用Lorentz线型拟合原子的吸收谱线。最后分析了该方法能够获得的理论分辨率以及激光器的功率波动、波长波动和气室温度波动对测量精度的影响, 得出同等条件下温度波动的影响比其他两个因素高1~2个数量级。
原子吸收光谱 原子密度 气体压强 Lorentz线型 Atomic absorption spectrometry Atomic number density Pressure of buffer gas Lorentz profile
