基于腔增强吸收光谱技术的气体探测研究-南京信息工程大学学报.PDF

文章编号：１６７４７０７０（２００９）０３０１９３０６ 基于腔增强吸收光谱技术的气体探测研究 １ １ １ １ １ 裴世鑫　崔芬萍　宋标 　王明　李传起 摘要 ０　引言 以近红外可调谐半导体激光器为光 Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ 源，以反射率为９９７％左右的平凹镜组 成的稳定光学谐振腔作吸收池，构建起 　　随着社会经济的发展和人们环保意识的提高，公众对大气环境 一套腔增强吸收光谱（ＣＥＡＳ）系统；以二 氧化碳气体（ＣＯ）、一氧化碳气体（ＣＯ）、 问题日趋关注，对大气环境资料的获取要求日益强烈，为此，从 １９９９ ２ 甲烷气体（ＣＨ）以及一氧化碳和二氧化 ４ 年开始，我国陆续推出了空气质量周报、空气质量日报和空气质量预 碳的混合气体为样品，利用分子在近红 报等大气环境质量评价体系．根据我国城市的污染情况和现有技术 外波段的特征吸收，研究了在近红外波 段用ＣＥＡＳ技术探测ＣＯ、ＣＯ、ＣＨ 等气 水平，现有空气质量评价体系是以二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒 ２ ４ 体的可行性；同时也对基于可调谐半导 物为依据的，随着监测要求和监测水平的提高，必将有更多的污染物 体激光器的ＣＥＡＳ系统中激光器的波长 逐渐被纳入空气质量监测的范畴． 定标、谐振腔（吸收池）的透射特征等做 了研究，获得了ＣＯ、ＣＯ、ＣＨ 以及ＣＯ和 不管是空气质量评价、大气污染防治还是大气环境科学及工程 ２ ４ ＣＯ 混合气体的特征吸收谱，最后对 的研究，都必须是在科学、准确地测定大气环境参数的基础上进行 ２ ＣＥＡＳ技术在定量测量方面的能力做了 的，而环境参数的测定在很大程度上依赖于环境监测技术的水平，因 研究．研究结果表明，ＣＥＡＳ技术的探测 －７ －１ 此，环境监测是所有大气环境工作的基础． 灵敏度可达５６８７×１０ ｃｍ ，是一种装 置简单、操作方便、灵敏度高、稳定性好 利用气体的光谱特性来进行污染气体检测，在环境监测中具有 的定量吸收光谱技术． 传统监测技术不可比拟的优势．这是因为与常规气体检测中需要对 关键词 光谱学；腔增强吸收光谱；灵敏度； 气体进行采样，然后拿回实验室用化学方法检测含量相比，光谱技术 可调谐半导体激光器 具有以下的显著优点：光谱对物质的内部能级有选择性，具有较高的 探测灵敏度；操作人员不需要必须进入污染区取样，就可以采用远距 中图分类号 Ｏ４３３５＋１ 文献标志码 Ａ 离遥测的方法；光谱技术的响应时间短，可以实时反映气体浓度的动 态变化．因此用光谱技术监测大气污染物成为近年来发展的一个新 领域． 然而，要在复杂的气体环境中，在较宽的浓度范围内对指定气体 进行检测，需要进一步提高光谱的探测灵敏度和分辨率．根据 Ｌａｍ ｂｅｒｔｂｅｅｒ定律，要提高光谱技术的探测灵敏度，最直接的方法就是增 ［１］ ［２］ 加有效吸光路径，为此，出现了Ｗｈｉｔｅ池 ，Ｈｅｒｒｉｏｔｔ池 和长程多通 ［３４］ 池 等技术，但受空间和成