環(huán)腔摻鉺光纖激光器應(yīng)用于氣體傳感的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、工業(yè)上的需要和人們對(duì)環(huán)境的關(guān)注使氣體檢測(cè)技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，迄今已經(jīng)有很多種氣體檢測(cè)的方法和儀器應(yīng)用于各種領(lǐng)域。但出于對(duì)靈敏度、作業(yè)環(huán)境、成本等因素的考慮，人們一直都在不斷地創(chuàng)新和研究新型的氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)。本課題所研究的內(nèi)容是利用近些年出現(xiàn)的激光內(nèi)腔氣體檢測(cè)技術(shù)，將環(huán)腔摻鉺光纖激光器應(yīng)用于氣體傳感，實(shí)現(xiàn)了全光纖氣體傳感器。
　　 本文首先介紹了氣體檢測(cè)方法以及光纖氣體傳感器，詳細(xì)討論了光譜吸收法的原理和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)介紹了光譜吸收型

2、光纖氣體傳感技術(shù)的研究現(xiàn)狀。研究了環(huán)腔摻鉺光纖激光器的工作原理以及鉺離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，由三能級(jí)速率方程組對(duì)環(huán)腔摻鉺光纖激光器輸出特性進(jìn)行了理論推導(dǎo)。引入氣體靈敏度因子概念，推導(dǎo)出氣體傳感靈敏度因子與泵浦功率和系統(tǒng)損耗之間的關(guān)系。分析了環(huán)腔摻鉺光纖激光器可調(diào)諧光譜范圍的影響因素。
　　 利用環(huán)腔摻鉺光纖激光器的工作原理，設(shè)計(jì)了氣體傳感系統(tǒng)。將氣室置于激光諧振腔內(nèi)，激光達(dá)到穩(wěn)定前多次經(jīng)過(guò)氣室，增加了有效光程長(zhǎng)；利用光纖可調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)

3、了波長(zhǎng)掃描技術(shù)；采用虛擬儀器技術(shù)完成了波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)，并利用軟件實(shí)現(xiàn)了二次諧波的提取。
　　 搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行環(huán)腔摻鉺光纖激光器輸出特性實(shí)驗(yàn)。對(duì)比了在不同條件下激光器輸出激光的光強(qiáng)和光譜范圍，激光器輸出特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)一致。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氣體靈敏度因子與泵浦電流以及環(huán)腔損耗的關(guān)系。然后，利用氣體傳感系統(tǒng)進(jìn)行了氣體濃度實(shí)驗(yàn)，在不同的波長(zhǎng)調(diào)制參數(shù)條件下，二次諧波強(qiáng)度不同，確定了較佳的參數(shù)后，進(jìn)行了乙炔氣體濃度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，最