利用中红外超连续光源研究各种气体在中红外波段的吸收特性 - 筱晓光子实验分析⑤

2021-09-28 10:11:35

当一束激光穿过气体时，如果激光正处于某个特定的波长，气体会大量吸收光子，导致透射出气室后激光在该波段的功率会突然下降，但是其他不在气体吸收波段的激光功率不会下降，这导致最终的光谱图在吸收波段处会出现一个凹陷，这被称为该气体的吸收峰。不同的气体都有它独特的吸收波段作为该气体的识别码，它在气体浓度检测方面具有至关重要的作用。

要探究气体未知吸收峰，TDLAS等通过连续光扫频检测吸收峰的方案已不再适用，需要利用中红外超连续光源直接探测气体吸收峰。该方法相比前者更为直观、高效，但是对光谱仪的测量精度和光源的谱宽要求非常高。

 本文搭建的中红外吸收光谱检测系统就是采用了直接吸收法，对气体的吸收峰进行直接探测，其实验装置图如下：

中红外超连续激光器的输出光谱范围为2um~4um，输出光平均功率为1W，利用横河光谱仪AQ6377测量输出光的光谱，如下图所示（中间2700nm处的凹陷为空气中水分子的吸收峰）：

由图可以看出，该激光在各个波段的输出光功率都保持稳定，完全可以用于测量2um~4um的物质吸收峰。

 由于该脉冲光峰值功率过高，直接进入气室可能会损坏气室内部镀膜，也远大于光谱仪的阈值功率，我们使用两片分光镜将功率衰减至80mW，同时调节两片镜子的反射角度，使得激光以最合适的角度入射气室，并在气室的出光口通过透镜将气体吸收后的激光耦合进中红外光纤，利用光纤将激光传输进光谱仪进行吸收光谱的测量。在测量结束后，计算机利用以太网收集光谱仪的数据，并和SpectraPlot的官方吸收光谱做对比。我们分别测量了C2H2、C2H6、C3H8以及NH3的吸收光谱，测量结果与SpectraPlot的数据较为符合，如下图所示：