速度调制分子离子激光光谱技术的理论研究

介绍了速度调制光谱对分子离子测量过程中的一些基本问题,运用朗之万运动方程导出了离子在交流电场中的漂移速度表达式;在小调制度近似下,给出了速度调制谱线的解析表达式,表明谱线的基本线型为高斯线型的一次微分线型、强度与调制度成正比;还讨论了调制电场对谱线的影响。得到的结论可用于实验参数的选择及等离子体的诊断等方面。     

速度调制分子离子光谱信号对实验参量依赖关系研究

介绍速度调制分子离子光谱实验中光谱线强度对放电电流和混合气体各分量气压等实验参量的依赖关系,并测量得该光谱仪的测量极限为1.56×10-6 .     

差分浓度调制激光光谱技术

报道了在近红外波段的差分浓度调制激光光谱技术的研究工作,以N2^ 的浓度调制光谱为例,研究了浓度调制制激光光谱技术的特性。将浓度调制光谱与速度调制光谱相结合得到了速度调制光谱调制度与各因素的关系。同时展示的Ar激光发态的差分浓度调制光谱表明,差分浓度调制光谱技术在探测中性自由基分子和分子离子方面具有很大的应用潜力。     

差分速度调制分子离子激光光谱技术

从理论上分析了速度调制激光光谱技术的技术特点及谱线线型,并在实验上采用差分速度调制激光光谱技术在可见光波段测量得到N⁺₂,CO⁺的光谱信号． 关键词：     

速度调制光谱技术特性的研究

利用N2^ A^2Ⅱu-X^2∑g^ (2-0)Meinel带系谱线研究了速度调制光谱技术的特性。从理论和实验上考察了速度调制谱信号强度与放电电流、放电气体的气压以及真空泵的泵速的关系。利用所获得的研究结果提高谱仪的灵敏度和分辨率达3倍以上,实验运行开支节省3／4左右。表明该实验研究具有重要的应用价值。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱的瓦斯监测方法研究

瓦斯爆炸是煤矿安全的主要威胁,对瓦斯气体浓度进行准确、快速、实时监测和预警是治理瓦斯灾害的有效手段。实验研究了近红外半导体激光吸收光谱技术在煤矿瓦斯气体安全检测中的应用。系统光源采用的是1.65μm波长的近红外可调谐DFB激光器,使用了波长调制和二次谐波检测技术,通过光纤进行信号传输。系统检测限低于0.09%,气体浓度的检测速度最高可达到0.02s。研究表明:该技术具有实时、连续、快速、非接触检测的特点;现场无带电部件,具有多点分布式遥测的能力,能够满足煤矿瓦斯安全检测的要求。     

N2+分子离子的B2Σu+、A2Πu和X2Σg+电子态光谱研究

采用光外差 磁旋转 速度调制吸收光谱技术 ,在可见光波段范围 16 80 0～ 175 73cm-1,对N2 + 的A2 Πu-X2 Σ+ g(12 ,6 )、(11,5 )、(7,2 )带和B2 Σ+ u -X2 Σ+ g(1,5 )带进行了测量和分析 ,推导了双原子分子振转能级在受到微扰作用时的有效哈密顿量形式 ,并分析了N2 + 的A2 Πu-B2 Σ+ u 之间存在的微扰相互作用 ,通过与实验数据的拟合得到了精确的电子态微扰常数 ξe、ηe.     

调制噪声下激光检测气体吸收光谱信号处理研究

为减小调制噪声背景的干扰,提出了直接吸收光谱激光检测气体浓度反演的三级卷积降噪信号处理方法.以谱线6 612.939cm-1附近氨气分子吸收为例,分析了该降噪方法对氨气浓度反演的有效性.实验结果表明,经三级卷积降噪后的氨气原始吸收谱线信号整体均方根误差由初始8.53降至1.01,基线扣除归一化得到的氨气光谱吸收率谱线信噪比提高3.3倍;连续5次测量浓度5%标准氨气,反演浓度值平均偏差为0.0743%,相对标准偏差为1.4%,优于原始吸收谱线信号的小波降噪和不降噪处理反演值.采用三级卷积降噪方法预处理原始吸收谱线信号,提高了气体浓度反演精度,可为工业过程高浓度气体激光在线检测提供参考.     

铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。     

铷原子饱和吸收光谱与偏振光谱对780nm半导体激光器稳频的比较

将激光频率锁定于合适的参考频率,可以有效地抑制激光器的频率起伏。本文采用铷原子D2线超精细跃迁线的饱和吸收光谱和偏振光谱分别获得鉴频曲线,通过电子伺服系统将频率校正信号负反馈到780 nm光栅外腔反馈半导体激光器外腔的压电陶瓷上的方法对激光器进行稳频。介绍了两种方法的基本原理和实验方案。与激光器自由运转300s时激光器典型的频率起伏约6.6 MHz相比,采用饱和吸收光谱和偏振光谱进行稳频,运转300 s时激光器典型的残余频率起伏分别约为1.5 MHz和0.6 MHz。分析表明,饱和吸收光谱稳频采用了相敏检波技术,需要对激光器进行频率调制,带来了额外的频率噪声,而偏振光谱稳频则是一种完全无频率调制的稳频方案。     

光外差-塞曼调制磁旋转光谱技术的线型研究

光外差－塞曼调制磁旋光谱技术是一种高灵敏的吸收光谱技术。它同时对激光频率和样品的塞曼效应进行调制,然后通过双解调来提取微弱的光谱信号。文内导出了该信号的数学表达式,并对影响线型和灵敏度的多种物理参数进行了分析,获得了与实验相符合的结果。     

一种实现光声光谱的导数光谱的新方法

提出了一种实现光声光谱的导数光谱的新方法,为了获得光声光谱的导数光谱,利用一台单色仪和一个分光棱镜研制成一个波长-光强分束器,并用这个波长-光强分束器同时获得两束光强相等而波长有微小差别的两束光,这两束光经过一个互补调制器调制后在光声探测器内叠加,可以实现光声信号的差分,扫描单色仪的波长,就可以获得光声吸收光谱的导数光谱。实验证明这种方法可以准确实现光声光谱的一阶导数光谱,而且导数光声光谱比光声吸收光谱具有更高的光谱分辨率。     

不同载气下气体相对电离度的光谱诊断

利用速度调制光谱技术,以N2+为分子探针,研究了N2在不同缓冲气体(氦和氖)下的电离行为.N2+某一振转吸收谱线的强度与速度调制的调制度和N2+浓度成正比,因而通过测量两种缓冲气体下光谱强度,即可推算出相对电离度.     

可调谐半导体激光吸收光谱技术检测痕量乙烯气体的系统研制

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)利用激光器的窄线宽和波长调谐特性,使其扫描被测气体的单个吸收峰,实现痕量气体的高分辨率、高灵敏度快速检测。通过分析近红外波段的乙烯吸收谱线特性,选取1 626.8 nm附近的吸收峰作为检测谱线,研制了基于white池结构的TDLAS检测系统,结合波长调制和二次谐波检测,对体积分数为20～1 200 ppmv的乙烯气体进行了测量,推算该系统的检测下限约为10 ppmv。     

基于红外光谱技术的混合气体检测系统概述

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考,针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。目前,以量子级联激光器(QCL)、带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、红外发光二极管(LED)等传统非相干光源,成为红外混合气体检测中的主流光源。相应地,具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器,占据红外探测器领域的主导地位。基于“复用思想”的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心,主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。其中,单光源复用检测结构以其体积小、集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择;而多光源复用检测结构是时分复用、频分复用、波分复用等思想的具体化,并凭借其较宽的光谱覆盖范围、较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、波长/频率调制光谱技术、腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后,设计出实用的红外混合气体检测系统,对工农业生产、环境监测、生命科学等诸多领域都具有重要意义。     

强磁场下顺磁掺杂离子的光谱扩散

采用一种简明的解析方法从纯粹频域的角度讨论强磁场下顺磁离子掺杂体系的光谱扩散过程。一般说来光谱扩散遵循[1-exp(-WT_w)]^x的形式,W是跳变速率,T_w为等待时间。在不存在冷冻核时,对于频域和时域x分别为1/2和1。考虑到冷冻核效应,光谱扩散的速率将近似地以因子(ω_eff/ω₀)²减慢,这里ω₀是描述冷冻核的特征频率。当冷冻核充分大时,频域和时域的光谱扩散的行为趋于一致x≈0.22。     

A New Desirable Molecular Species for Stark Deceleration

We demonstrate a new molecular sample （CH radical） for Stark deceleration by Monte Carlo simulation, study the dependences of the decelerating effect on the different phase angles, stage number and decelerating voltages, and obtain some new optimized conditions and parameters. We also calculate the Stark energy shift of different quantum states of CH radical in the Stark decelerator electrostatic field and their populations in a supersonic CH molecular beam. Our study shows that the mean velocity of the supersonic CH molecular beam in the 2^∏1/2 state can be decelerated from 380 m/s to 24 m/s, and the corresponding translation temperature is lowered from 2.8 K to 27mK. It is thus clear that the CH radical is a new and desirable candidate for Stark deceleration.     

一种基于谐波检测技术的光纤甲烷气体传感器

甲烷是易燃易爆气体,是矿井瓦斯及天然气等多种气体燃料的主要成分.气体爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大难题,因此现场实时检测甲烷气体浓度对于工矿安全运行,人身安全有着至关重要的作用.基于甲烷气体近红外吸收的机理,研究了一种以DFB LD为光源的高灵敏度光谱吸收型光纤甲烷气体传感器.利用光源调制实现气体浓度的谐波检测,用二次谐波与一次谐波的比值来消除光路干扰.建立了谐波检测的数学模型,给出了甲烷气体的测量结果.利用光纤作为传光通道,使得探头可以与测量电?肥迪滞耆绺衾?增强了系统的安全性.     

A Displacement and Velocity Measurement Technique Using Millimeter-Wave Sensor

In this paper, a millimeter-wave sensor is presented for measurement of displacement and velocity. By using monolithic microwave integrated circuits and digital quadrature sampling signal-processing scheme, the sensor operating at 60 GHz is implemented. Polynomial curve-fitting technique is used for the error correction. Digital quadrature mixer is also configured as a phase-detecting processor, which enables low Doppler frequency to be measured with high resolution. Measured displacement results indicate resolution and maximum error of 10 μm and 30 μm, respectively, and measured speed is as low as 30 mm/s, corresponding to 6.6 Hz in Doppler frequency, with an estimated velocity resolution of 3.3 mm/s. To the best of our knowledge, the attained resolution and maximum error are the best reported results.     

Molecular Dynamics Simulation of Myoglobin Collision with Low Energy Ions

Collisions of a low energy heavy ion with a myoglobin in water are simulated by molecular dynamics model. The increase of total energy is very small. The mean squared fluctuation decreases at 300 K and increases at 250K. This is an important novel cooling effect that protects the protein from ion damage. The possible collision side effect is the change of tertiary structure that blocks the normal functions of the myoglobin.