本文關(guān)鍵詞：基于光學(xué)超晶格可用于氣體探測(cè)的中紅外光學(xué)參量振蕩器研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：中紅外激光技術(shù)在大氣檢測(cè),軍事領(lǐng)域,遙感技術(shù)以及生物分析等領(lǐng)域有眾多應(yīng)用,是目前激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。周期性極化鈮酸鋰(PPLN)以及準(zhǔn)位相匹配技術(shù)的迅猛發(fā)展使周期性極化鈮酸鋰光參量振蕩器(PPLN OPO)成為目前中紅外激光技術(shù)研究的主流方向,是目前生成中紅外激光的主要方法。中紅外是大氣的傳輸窗口,其中1.5-4.3波段涵蓋了眾多氣體吸收峰,中紅外波段屬于氣體的基頻吸收峰,吸收效率較近紅外紫外高2-3個(gè)數(shù)量級(jí),運(yùn)用中紅外對(duì)氣體進(jìn)行吸收測(cè)試可大幅度提升測(cè)量的準(zhǔn)確度和距離。本論文基于PPLN,對(duì)PPLN OPO腔型優(yōu)化設(shè)計(jì),獲得了W級(jí)以上的連續(xù)中紅外寬調(diào)諧1.5-4.3um輸出,同時(shí)利用光纖放大器放大DFB信號(hào),并作為OPO泵源,獲得可掃頻的中紅外2.6-4.3 um輸出,其可掃頻,寬調(diào)諧,大功率的輸出特性在國(guó)內(nèi)尚屬首例。設(shè)計(jì)工程化樣機(jī)并成功與可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù)(TDLAS)結(jié)合,并解調(diào)出二次諧波信號(hào)。本論文的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：1、介紹了非線(xiàn)性激光以及中紅外激光領(lǐng)域的發(fā)展歷程,闡述了介紹了氣體探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展歷程。2、闡述了光參量振蕩器基本原理,對(duì)各類(lèi)型光參量振蕩器進(jìn)行分析解釋,推導(dǎo)了光參量振蕩器的閾值與增益條件,計(jì)算了波長(zhǎng)調(diào)諧范圍,對(duì)腔型進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)。介紹了中紅外應(yīng)用于氣體探測(cè)領(lǐng)域的原理,針對(duì)TDLAS探測(cè)方式進(jìn)行理論解釋。3、研究連續(xù)中紅外外腔OPO,在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭建連續(xù)環(huán)形腔OPO,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,采用光纖放大器作為泵浦源,多通道周期MgO:PPLN為激光變頻材料,在3.3um處輸出功率4w(泵浦19W),激光線(xiàn)寬(5MHz)；1.5-4.3um波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),閑頻光2.6-4.3um波長(zhǎng)范圍內(nèi)為可掃頻輸出。調(diào)整輸出波長(zhǎng)在甲烷吸收峰3.3um處進(jìn)行直接吸收測(cè)試,查看到功率吸收減少情況。4、基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)工程化樣機(jī)。包括設(shè)計(jì)激光器內(nèi)部光路,鏡片加持,OPO腔中步進(jìn)電機(jī)緊湊化,溫控爐設(shè)計(jì),外型美觀等方面工程化設(shè)計(jì)。于穩(wěn)定性方面,進(jìn)行整體溫度控制,減震化處理。使之成為可應(yīng)用于科研,環(huán)保領(lǐng)域的樣機(jī)使用。5、采用研制成功的樣機(jī)進(jìn)行氣體吸收測(cè)試,測(cè)試方法為可調(diào)諧半導(dǎo)體吸收光譜技術(shù)(TDLAS),并將其應(yīng)用于遠(yuǎn)程氣體探測(cè)系統(tǒng)中,分別進(jìn)行30m、 70m、400m、850m大氣痕量甲烷遙測(cè)實(shí)驗(yàn)。探測(cè)精度達(dá)到2.3ppm.m。6、總結(jié)與展望
【關(guān)鍵詞】：中紅外 光學(xué)超晶格 準(zhǔn)位相匹配 TDLAS探測(cè)技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN753.91
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 緒論10-20
• 1.1 激光的發(fā)展10
• 1.2 中紅外的發(fā)展10-11
• 1.3 中紅外在于氣體探測(cè)上的應(yīng)用11-12
• 1.4 本文的研究背景與研究?jī)?nèi)容12-14
• 參考文獻(xiàn)14-20
• 第二章 光學(xué)參量振蕩器及氣體吸收理論基礎(chǔ)20-43
• 2.1 光學(xué)參量振蕩器分類(lèi)20-21
• 2.2 光學(xué)參量振蕩器的增益系數(shù)與閾值條件21-31
• 2.2.1 耦合波方程一般解21-22
• 2.2.2 閾值條件22-26
• 2.2.3 波長(zhǎng)調(diào)諧性能26-28
• 2.2.4 腔形設(shè)計(jì)28-31
• 2.3 氣體分子的選擇性吸收光譜特性31-32
• 2.4 Beer-Lambert定律32-33
• 2.5 TDLAS探測(cè)原理33-40
• 2.5.1 直接掃描吸收檢測(cè)法34-36
• 2.5.2 諧波檢測(cè)測(cè)量技術(shù)36-40
• 參考文獻(xiàn)40-43
• 第三章 可掃頻連續(xù)中紅外參量振蕩器的研究應(yīng)用43-62
• 3.1 總體方案43-44
• 3.2 光纖放大器的搭建44
• 3.3 連續(xù)環(huán)形腔OPO搭建44-45
• 3.4 OPO參數(shù)測(cè)量45-54
• 3.4.1 閾值測(cè)量45
• 3.4.2 寬調(diào)諧測(cè)試45-50
• 3.4.3 單一波長(zhǎng)功率及穩(wěn)定性測(cè)試50-51
• 3.4.4 光束質(zhì)量測(cè)試51-52
• 3.4.5 輸出線(xiàn)寬測(cè)試52-54
• 3.5 氣體測(cè)試實(shí)驗(yàn)54-59
• 3.5.1 甲烷直接吸收測(cè)試實(shí)驗(yàn)54-56
• 3.5.2 波長(zhǎng)調(diào)制氣體探測(cè)實(shí)驗(yàn)56-59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 第四章 可調(diào)頻寬調(diào)諧連續(xù)中紅外樣機(jī)工程化62-78
• 4.1 中紅外樣機(jī)工程化背景62-64
• 4.2 連續(xù)中紅外樣機(jī)工程化設(shè)計(jì)64-69
• 4.2.1 溫控爐的設(shè)計(jì)64-67
• 4.2.2 鏡架設(shè)計(jì)67-69
• 4.3 樣機(jī)設(shè)計(jì)69-76
• 參考文獻(xiàn)76-78
• 第五章 甲烷氣體遙測(cè)實(shí)驗(yàn)78-92
• 5.1 遙測(cè)背景意義78
• 5.2 甲烷測(cè)量的譜線(xiàn)標(biāo)定78-81
• 5.3 激光器輸出標(biāo)定81
• 5.4 遠(yuǎn)場(chǎng)設(shè)備搭建81-84
• 5.5 不同距離遙測(cè)實(shí)驗(yàn)84-90
• 5.5.1 室內(nèi)甲烷衡量氣體測(cè)量84-86
• 5.5.2 遠(yuǎn)距離遙測(cè)86-90
• 小結(jié)90-91
• 參考文獻(xiàn)91-92
• 第六章 總結(jié)與展望92-93
• 攻碩期間發(fā)表論文與專(zhuān)利、參加的學(xué)術(shù)會(huì)議與參與項(xiàng)目93-95
• 致謝95-97

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