中紅外超連續光源研究各種氣體在中紅外波段的吸收特性 - 筱曉光子

當一束激光穿過(guò)氣體時(shí)，如果激光正處于某個(gè)特定的波長(cháng)，氣體會(huì )大量吸收光子，導致透射出氣室后激光在該波段的功率會(huì )突然下降，但是其他不在氣體吸收波段的激光功率不會(huì )下降，這導致最終的光譜圖在吸收波段處會(huì )出現一個(gè)凹陷，這被稱(chēng)為該氣體的吸收峰。不同的氣體都有它*的吸收波段作為該氣體的識別碼，它在氣體濃度檢測方面具有至關(guān)重要的作用。

要探究氣體未知吸收峰，TDLAS等通過(guò)連續光掃頻檢測吸收峰的方案已不再適用，需要利用中紅外超連續光源直接探測氣體吸收峰。該方法相比前者更為直觀(guān)、高效，但是對光譜儀的測量精度和光源的譜寬要求非常高。

 本文搭建的中紅外吸收光譜檢測系統就是采用了直接吸收法，對氣體的吸收峰進(jìn)行直接探測，其實(shí)驗裝置圖如下：

中紅外超連續激光器的輸出光譜范圍為2um~4um，輸出光平均功率為1W，利用橫河光譜儀AQ6377測量輸出光的光譜，如下圖所示（中間2700nm處的凹陷為空氣中水分子的吸收峰）：

由圖可以看出，該激光在各個(gè)波段的輸出光功率都保持穩定，*可以用于測量2um~4um的物質(zhì)吸收峰。

 由于該脈沖光峰值功率過(guò)高，直接進(jìn)入氣室可能會(huì )損壞氣室內部鍍膜，也遠大于光譜儀的閾值功率，我們使用兩片分光鏡將功率衰減至80mW，同時(shí)調節兩片鏡子的反射角度，使得激光以最合適的角度入射氣室，并在氣室的出光口通過(guò)透鏡將氣體吸收后的激光耦合進(jìn)中紅外光纖，利用光纖將激光傳輸進(jìn)光譜儀進(jìn)行吸收光譜的測量。在測量結束后，計算機利用以太網(wǎng)收集光譜儀的數據，并和SpectraPlot的*吸收光譜做對比。我們分別測量了C2H2、C2H6、C3H8以及NH3的吸收光譜，測量結果與SpectraPlot的數據較為符合，如下圖所示：