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利用中红外超连续光源研究各种气体在中红外波段的吸收特性 - 筱晓光子实验分析⑤ 2021-09-28

当一束激光穿过气体时,如果激光正处于某个特定的波长,气体会大量吸收光子,导致透射出气室后激光在该波段的功率会突然下降,但是其他不在气体吸收波段的激光功率不会下降,这导致最终的光谱图在吸收波段处会出现一个凹陷,这被称为该气体的吸收峰。不同的气体都有它独特的吸收波段作为该气体的识别码,它在气体浓度检测方面具有至关重要的作用。

要探究气体未知吸收峰,TDLAS等通过连续光扫频检测吸收峰的方案已不再适用,需要利用中红外超连续光源直接探测气体吸收峰。该方法相比前者更为直观、高效,但是对光谱仪的测量精度和光源的谱宽要求非常高。


 本文搭建的中红外吸收光谱检测系统就是采用了直接吸收法,对气体的吸收峰进行直接探测,其实验装置图如下:

微信图片_20210928101243.jpg



中红外超连续激光器的输出光谱范围为2um~4um,输出光平均功率为1W,利用横河光谱仪AQ6377测量输出光的光谱,如下图所示(中间2700nm处的凹陷为空气中水分子的吸收峰):


微信图片_20210928101302.jpg



由图可以看出,该激光在各个波段的输出光功率都保持稳定,完全可以用于测量2um~4um的物质吸收峰。


 由于该脉冲光峰值功率过高,直接进入气室可能会损坏气室内部镀膜,也远大于光谱仪的阈值功率,我们使用两片分光镜将功率衰减至80mW,同时调节两片镜子的反射角度,使得激光以最合适的角度入射气室,并在气室的出光口通过透镜将气体吸收后的激光耦合进中红外光纤,利用光纤将激光传输进光谱仪进行吸收光谱的测量。在测量结束后,计算机利用以太网收集光谱仪的数据,并和SpectraPlot的官方吸收光谱做对比。我们分别测量了C2H2、C2H6、C3H8以及NH3的吸收光谱,测量结果与SpectraPlot的数据较为符合,如下图所示:


微信图片_20210928101319.jpg



微信图片_20210928101329.jpg


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