激光吸收光谱实验用仪器介绍.docVIP

实验用仪器原理、功能介绍 1.光谱仪---------高强，甲烷气体监测的可调谐多模二极管激光光谱技术研究.哈工大2009硕士论文 作用：把复合光分解为单色光. 原理：本实验采用的是SBP300光栅光谱仪，其光学系统原理图如2-1所示，由光源发出的复合光通过入射狭缝投射到准直物镜上形成平行光束投射到光栅上， 经过色散后的光通过聚焦镜，投射到准直物镜上，并在出射狭缝处成像。当光 栅按顺时针方向旋转时，可以在出射狭缝处得到按波长顺序排列的光谱。把出 射狭缝开启一定的宽度，此时通过出射狭缝的光束只是宽度很小的一束单色光。 这是光谱仪能把复合光分解为单色光的简单原理。 SBP300光栅光谱仪是三光栅光谱仪，一号光栅刻线数为1200g/mm,对应波长范围为200-600nm；二号光栅刻线数为600g/mm，对应波长范围为500-1500nm；三号光栅刻线数为300g/mm，对应波长范围为800-2500nm。三块光栅可以自动切换，波长扫描精确可调，最小步距为0.005nm。狭缝越小分辨率越高，最小分辨率小于1nm。 2.可调谐二极管激光器-----------高强，哈工大2009硕士论文 TDL按制造工艺可以分为Fabry-Perot（FP）激光器、分布反馈激光器（Distributed Feedback Laser，DFB）、外腔二极管激光器（External Cavity Diode Laser，ECDL）、垂直表面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser， VCSEL）等。 （1）FP激光器工艺简单且成熟，价格低廉。由于增益曲线的宽度远大于各个纵模之间的间隔，所以会出现多个纵模同时纯在，随着电流的调谐，各个 模式之间会出现强烈的竞争现象，但各个模式强度之间存在这此消彼长的关系， 其总体光强与电流仍然纯在着很好的线性关系。而且在一个很小的电流调谐范 围内，各个模式之间的强度基本不变。 （2）DFB激光器通过加入光栅对激光连续反馈，使特定波长的光能够持续 震荡输出，实现特定模式的选取。故具有较好的单色性和相对较高的功率。但 由于DFB激光器的制作工艺复杂，成本较高，难于普及使用。 （3）ECDL激光器通过外部光栅来实现模式的选取，其特点是具有较大的 调谐范围和较高的输出功率[19]，并能消除模跳。但其外部光栅是机械调制，导 致系统稳定性较差，并且限制了其调谐速度。较高的成本仍是限制其广泛使用 的主要原因。 （4）VCSEL激光器由于增益曲线小于纵模间隔，故有天然单模输出的特性， 并且具有较好的边模抑制，但在1.3-1.5μm处输出功率较小 [20] 。 3.锁相放大器-----------百度有哪些信誉好的足球投注网站，百度文库 （1）功能 锁相放大器是一种对交变信号进行相敏检波的放大器。它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频（或者倍频）、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。基本结构输入待测信号，经放大和带通滤波后与参考信号共同输入混频器得到的结果再通过低通滤波器滤波后输出。 （3）原理 　　锁相放大器实际上是一个模拟的傅立叶变换器，锁相放大器的输出是一个直流电压，正比于是输入信号中某一特定频率（参数输入频率）的信号幅值。而输入信号中的其他频率成分将不能对输出电压构成任何贡献。两个正弦信号，频率都为1Hz，有90度相位差，用乘法器相乘得到的结果是一个有直流偏量的正弦信号。 ?? 两个1Hz正弦信号相乘的结果 如果是一个1Hz和一个1.1Hz的信号相乘，用乘法器相乘得到的结果是轮廓为正弦的调制信号，直流偏量为0。 只有与参考信号频率完全一致的信号才能在乘法器输出端得到直流偏量，其他信号在输出端都是交流信号。如果在乘法器的输出端加一个低通滤波器，那么所有的交流信号分量全部被滤掉，剩下的直流分量就只是正比于输入信号中的特定频率的信号分量的幅值。[2] ?? 1Hz和1.1Hz两正弦信号相乘的结果 锁相放大器锁相放大器是以相干检测技术为基础，利用参考信号频率与输入输入信号频率相关，与噪声信号不相关，从而从较强的噪声中提取出有用信号，使得测量精度大大提高，而它的核心部件为相敏检测器（，简称PSD又称相关器），图1所示为锁相放大器的原理框图。图1锁相放大器原理图相敏检测器是由乘法器和积分器组成，其中乘法器一般采用开关乘法器，积分器通常由低通滤波器组成，图2给出相敏检测器的构成原理图。 图2 相敏检测器原理图设待测信号，其中为待测信号中的有效信号，n为噪声。 参考信号，则经乘法器的输出信号为，积分器的输出信号为： = 上式中、分别是待测有效信