大氣氣溶膠吸收特性的光纖式光熱干涉測量技術研究.pdf

1、大氣氣溶膠粒子的光吸收雖一般比較微弱，但對地球大氣輻射收支平衡、激光大氣傳輸等均具有重要影響。目前，大氣氣溶膠粒子吸收系數的精確測量越來越受到重視，已經成為一個研究熱點與技術難點。光熱干涉技術通過測量氣溶膠粒子光吸收熱擴散效應產生的折射率變化，實現(xiàn)了自然懸浮狀態(tài)下氣溶膠粒子吸收特性的直接獲取，有效規(guī)避了粒子散射光的影響，同時干涉測量又具有極高探測靈敏度，因此光熱干涉技術被認為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ拇髿鈿馊苣z粒子吸收系數測量手段。
　

2、　本文針對大氣氣溶膠吸收特性的光纖式光熱干涉測量技術進行了深入研究，闡明了光熱干涉技術測量原理，包括光熱效應、光相位調制及光相位解調等，并根據實際大氣氣溶膠吸收特性測量需求，研制了一套光纖式光熱干涉實驗裝置，完成了不同吸收特性樣品的初步測量。
　　本文主要研究結果及創(chuàng)新點如下:
　　(1)利用氣溶膠粒子吸收的光熱效應，從熱傳導方程出發(fā)，建立了激勵光加熱氣溶膠的“光-熱-折射率-相位”轉化過程的理論模型，構造了大氣氣溶膠粒子吸

3、收系數與干涉儀輸出相位差之間的直接聯(lián)系。
　　(2)提出了同步載波復原的方法，有效的消除了相位生成載波調制解調算法中干涉信號與混頻信號的載波延遲問題;利用參考光路解決了光源直接頻率調制導致的伴生調幅現(xiàn)象;完成了基于相位生成載波調制解調算法的光熱干涉解調與控制軟件的編寫、優(yōu)化與驗證測試，具備了氣溶膠吸收激勵光能量生成誘導相位起伏的全過程在線研究能力。
　　(3)設計并研制了一套可用于大氣氣溶膠吸收特性測量的光纖式光熱干涉實驗裝

4、置;采用特制光纖準直器與高反鏡實現(xiàn)了共光路光纖式斐索干涉結構，僅通過普通單模光纖就消除了系統(tǒng)偏振衰落現(xiàn)象;結合一體化光熱干涉腔，有效增強了裝置的抗干擾能力，提升了光熱耦合效率和探測靈敏度。
　　(4)闡明了光纖式光熱干涉實驗裝置的標定原理并利用二氧化氮標準氣體對裝置進行了標定;以含碳氣溶膠作為待測樣品，二氧化氮標準氣體與高純氮氣作為對照樣品，完成了氣溶膠吸收特性的初步測量，所得實驗結果均與理論分析結果相符，為大氣氣溶膠吸收特性的進