增強型光聲光譜的研究和應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代光聲光譜技術(shù)是在聲電弱信號檢測以及計算機科學(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、操作簡單等特點，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型光聲光譜產(chǎn)生的機理、增強機制及其應(yīng)用。以規(guī)則光聲池的光聲理論為基礎(chǔ)，得到增強型光聲池的聲場模式、共振頻率、品質(zhì)因子及其損耗機制；詳細探討了H形光聲池內(nèi)聲探測器的機械共振對光聲池品質(zhì)因子的影響，豐富和發(fā)展了增強型光聲光

2、譜技術(shù)。另外，我們用傅立葉變換光譜儀和光學(xué)長程裝置，記錄了CH2Cl2分子振動量子數(shù)V=1～4的紅外吸收光譜，分析了CH搖擺振動與伸縮振動和彎曲振動之間的耦合。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)展的四個階段。然后介紹了以多通共振超聲探測光聲池和石英增強型光聲池、H形光聲池為代表的脈沖激光和機械共振光聲技術(shù)的最新進展。 在第二章，我們論述了光聲效應(yīng)產(chǎn)生的機理，介紹了描述光

3、聲池內(nèi)聲壓分布的數(shù)學(xué)方法，引進了簡正聲學(xué)模的概念。在理想條件下，推導(dǎo)出含源波動方程。計算了標(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方程。利用邊界微擾法求解波動方程，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，我們重點研究了H-type光聲池，采用數(shù)值計算

4、方法得到了H形光聲池內(nèi)的聲場分布和聲探測器的機械共振頻率，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，整個光聲池越接近標(biāo)準(zhǔn)徑向共振圓柱形光聲池。同時通過聲場的數(shù)值計算表明l=λ/2時，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)長程裝置，記錄了CH2Cl2分子振動量子數(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、彎曲(υ2)振動和CH2基團相對于CCl2基團的搖擺振動(υ8)的泛頻和合頻能級共47個?？紤]了搖擺振動與伸縮和彎曲振動的耦合，使用簡正模模型對υ1、υ2、υ6和υ8這4種振動模式的泛頻和合頻能級進行了擬合，得到了非諧性常數(shù)、費米共振和達寧—丹尼生共振系數(shù)。結(jié)果表明，搖擺振動與伸縮振動之間的費米共振大于彎曲振動與伸縮振動之間的費米共振；伸縮振動之間的達寧—丹尼生共振大于彎曲振