增強(qiáng)型光聲光譜的研究和應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代光聲光譜技術(shù)是在聲電弱信號(hào)檢測(cè)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，綜合光、熱、電、聲等原理與技術(shù)的光譜分析新方法。由于其特有的靈敏度較高、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本論文旨在探索增強(qiáng)型光聲光譜產(chǎn)生的機(jī)理、增強(qiáng)機(jī)制及其應(yīng)用。以規(guī)則光聲池的光聲理論為基礎(chǔ)，得到增強(qiáng)型光聲池的聲場(chǎng)模式、共振頻率、品質(zhì)因子及其損耗機(jī)制；詳細(xì)探討了H形光聲池內(nèi)聲探測(cè)器的機(jī)械共振對(duì)光聲池品質(zhì)因子的影響，豐富和發(fā)展了增強(qiáng)型光聲光

2、譜技術(shù)。另外，我們用傅立葉變換光譜儀和光學(xué)長(zhǎng)程裝置，記錄了CH2Cl2分子振動(dòng)量子數(shù)V=1～4的紅外吸收光譜，分析了CH搖擺振動(dòng)與伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)之間的耦合。論文的主要內(nèi)容歸納如下： 在第一章，我們首先介紹了光聲光譜的發(fā)展歷程，概括了光聲技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段。然后介紹了以多通共振超聲探測(cè)光聲池和石英增強(qiáng)型光聲池、H形光聲池為代表的脈沖激光和機(jī)械共振光聲技術(shù)的最新進(jìn)展。 在第二章，我們論述了光聲效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，介紹了描述光

3、聲池內(nèi)聲壓分布的數(shù)學(xué)方法，引進(jìn)了簡(jiǎn)正聲學(xué)模的概念。在理想條件下，推導(dǎo)出含源波動(dòng)方程。計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)圓柱池內(nèi)的聲模式。討論了氣體內(nèi)部、光聲池壁上和氣體分子內(nèi)自由度產(chǎn)生的聲能損耗，及其對(duì)共振頻率和品質(zhì)因子的影響；這些是聲能在光聲池內(nèi)的主要損耗原因。在此基礎(chǔ)上，建立了包含損耗的含源波動(dòng)方程。利用邊界微擾法求解波動(dòng)方程，得到光聲池的品質(zhì)因子、聲模式、共振頻率及其平移和展寬的普遍公式。 在第三章，我們重點(diǎn)研究了H-type光聲池，采用數(shù)值計(jì)算

4、方法得到了H形光聲池內(nèi)的聲場(chǎng)分布和聲探測(cè)器的機(jī)械共振頻率，明確了高Q值的出現(xiàn)是光聲池內(nèi)氣體的共振與傳音器機(jī)械共振耦合的結(jié)果。闡述了內(nèi)耗與阻尼的唯象理論；論述了其品質(zhì)因子高的原因之一是傳音器越短，整個(gè)光聲池越接近標(biāo)準(zhǔn)徑向共振圓柱形光聲池。同時(shí)通過聲場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算表明l=λ/2時(shí)，共振峰的分裂是光聲池的固有性質(zhì)。 在第四章，我們用傅立葉變換光譜儀(FTS)和光學(xué)長(zhǎng)程裝置，記錄了CH2Cl2分子振動(dòng)量子數(shù)V=1～4的紅外吸收光譜(120

5、0～12000cm-1)，歸屬出CH的伸縮(υ1、υ6)振動(dòng)、彎曲(υ2)振動(dòng)和CH2基團(tuán)相對(duì)于CCl2基團(tuán)的搖擺振動(dòng)(υ8)的泛頻和合頻能級(jí)共47個(gè)。考慮了搖擺振動(dòng)與伸縮和彎曲振動(dòng)的耦合，使用簡(jiǎn)正模模型對(duì)υ1、υ2、υ6和υ8這4種振動(dòng)模式的泛頻和合頻能級(jí)進(jìn)行了擬合，得到了非諧性常數(shù)、費(fèi)米共振和達(dá)寧—丹尼生共振系數(shù)。結(jié)果表明，搖擺振動(dòng)與伸縮振動(dòng)之間的費(fèi)米共振大于彎曲振動(dòng)與伸縮振動(dòng)之間的費(fèi)米共振；伸縮振動(dòng)之間的達(dá)寧—丹尼生共振大于彎曲振