環(huán)腔摻鉺光纖激光器應用于氣體傳感的理論和實驗研究.pdf

1、工業(yè)上的需要和人們對環(huán)境的關注使氣體檢測技術得到了長足的發(fā)展，迄今已經(jīng)有很多種氣體檢測的方法和儀器應用于各種領域。但出于對靈敏度、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)測技術。本課題所研究的內容是利用近些年出現(xiàn)的激光內腔氣體檢測技術，將環(huán)腔摻鉺光纖激光器應用于氣體傳感，實現(xiàn)了全光纖氣體傳感器。
　　 本文首先介紹了氣體檢測方法以及光纖氣體傳感器，詳細討論了光譜吸收法的原理和優(yōu)點，同時介紹了光譜吸收型

2、光纖氣體傳感技術的研究現(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結構，由三能級速率方程組對環(huán)腔摻鉺光纖激光器輸出特性進行了理論推導。引入氣體靈敏度因子概念，推導出氣體傳感靈敏度因子與泵浦功率和系統(tǒng)損耗之間的關系。分析了環(huán)腔摻鉺光纖激光器可調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，設計了氣體傳感系統(tǒng)。將氣室置于激光諧振腔內，激光達到穩(wěn)定前多次經(jīng)過氣室，增加了有效光程長；利用光纖可調諧濾波器實現(xiàn)

3、了波長掃描技術；采用虛擬儀器技術完成了波長調制光譜技術，并利用軟件實現(xiàn)了二次諧波的提取。
　　 搭建了實驗平臺，進行環(huán)腔摻鉺光纖激光器輸出特性實驗。對比了在不同條件下激光器輸出激光的光強和光譜范圍，激光器輸出特性實驗結果與理論推導一致。通過實驗驗證了氣體靈敏度因子與泵浦電流以及環(huán)腔損耗的關系。然后，利用氣體傳感系統(tǒng)進行了氣體濃度實驗，在不同的波長調制參數(shù)條件下，二次諧波強度不同，確定了較佳的參數(shù)后，進行了乙炔氣體濃度標定實驗，最