利用腔衰蕩系統探測C2H2在1520nm處的吸收峰 - 筱曉光子AOL實(shí)驗室⑧

在上一期，我們成功測量了10ppm的CH4氣體在1653.7nm的吸收峰，但是用空腔衰蕩時(shí)間5.864us，計算得到1550nm的高反鏡在1653.7nm只有99.97%的反射率，不足以體現這個(gè)系統的性能。所以，我們更換了一個(gè)1520nm的C2H2吸收峰去探測。下圖為探測C2H2衰蕩信號時(shí)的實(shí)拍圖。系統結構和上期測CH4氣體相同，只是更換了1550nm的AOM，同時(shí)嘗試用自制的激光器驅動(dòng)替代Thorlabs的ITC4005驅動(dòng)。

首先，我們在HITRAN數據庫中比對C2H2和H2O的吸收峰，尋找一個(gè)幾乎不受水峰干擾乙炔吸收峰。盡管水峰在這個(gè)波長(cháng)范圍的吸收系數比乙炔少了好幾個(gè)數量級，但是在腔衰蕩系統中都測到了很強的吸收峰，困擾了我們很多天，最后才排查出是水峰的影響。最后，選擇了6578.56 cm-1（1520nm）作為測試點(diǎn)，這也是局限于我們的DFB激光器的波長(cháng)調諧范圍，無(wú)法調到左邊那個(gè)更好的吸收峰。

同時(shí)對上一期的腔衰蕩系統結構示意圖做出更正： 腔兩端的兩個(gè)通氣口是用于氣體進(jìn)出，中間的端口是用于連接溫度傳感器或壓力傳感器的，而非排氣口，更正完的示意圖如下。

通入足量C2H2后，我們先TDLAS的方法確定了該吸收峰的大致位置，此時(shí)激光器的溫度調節為36.5℃，電流掃描范圍為36mA~48mA。然后以1mA為測量間隔，分別測量該電流區間內的腔衰蕩時(shí)間，得到吸收曲線(xiàn)如下圖所示，吸收點(diǎn)的衰蕩時(shí)間為9.8us。

開(kāi)腔靜置兩天后，在吸收點(diǎn)的位置再測一次衰蕩時(shí)間，得到的結果為27.78us，計算得到腔鏡反射率為99.994%，如下：

查詢(xún)HITRAN，得到該吸收峰的吸收系數為130，代入公式：

得到C2H2物質(zhì)的量分數為1.693ppm，但是氣體標定的指標是2ppm。目前，我們推測有三種可能：

1）氣體的標定值不準；

2）靜置兩天后測得的27.78us不是真正的空腔衰蕩時(shí)間，仍然受到其他分子氣體（水分子）的干擾，我們將會(huì )使用抽氣泵，盡可能的將諧振腔做到真空，再測量空腔衰蕩；

3）激光器驅動(dòng)的電流噪聲大。一個(gè)采集點(diǎn)的衰蕩時(shí)間可能是好幾個(gè)不同縱模位置的衰蕩時(shí)間的平均，這導致整體的吸收峰在頻域上被展寬，但是吸收峰的深度變小。我們下期將會(huì )使用低噪聲驅動(dòng)進(jìn)行比對。不過(guò)，電流噪聲在調節系統時(shí)反而有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，相當于激光器一直處于一個(gè)噪聲信號的頻率調制，使得激光的抖動(dòng)范圍大于一個(gè)FSR，調節腔衰蕩系統的時(shí)候不需要考慮縱模匹配，總是能采集到衰蕩信號。

產(chǎn)品圖片	產(chǎn)品名稱(chēng)	產(chǎn)品鏈接
	模塊式激光控制器 (0～225mA 電壓 2.5V@80mA)	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=523
	1520nm DFB Laser diode for C2H2 Sensing	http://www.ld-pd。。ｃｏｍ/?a=cp3&id=327
	1550/1650nm 單模/保偏光纖聲光調制器	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cp3&id=217
	超光滑超高反射率(＞99.99%) 反射鏡 1550nm（可定制）	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=1905
	銦鎵砷(InGaAs)放大型光電探測器 800-1700nm (140MHz)	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=2169
	可調焦非球面光纖準直器 (焦距4.5/7.5/11mm)	http://www.microphotons。。ｃｎ/?a=cpinfo&id=2328