利用空間光對穿技術(shù)探測空氣中的水分子吸收峰 - 筱曉光子AOL實驗室

TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）它是利用激光器波長調(diào)制通過被測氣體的特征吸收區(qū)，在二極管激光器與長光程吸收池相結(jié)合的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的新的氣體檢測方法。TDLAS技術(shù)采用的半導(dǎo)體激光光源的光譜，寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，得到單線吸收光譜，因此TDLAS技術(shù)是一種高分辨率吸收光譜技術(shù)。

本周我們使用空間光對穿技術(shù)，探測空氣中的水分子吸收峰，從而檢測到空氣中水的存在。水的吸收峰在1392nm附近，我們選用了1392nmDFB激光器，LD溫度控制為30℃，電流控制為25mA，將輸出激光用一個大口徑準(zhǔn)直頭轉(zhuǎn)化為空間光準(zhǔn)直輸出。

大口徑準(zhǔn)直頭的準(zhǔn)直性能很好，在幾米內(nèi)光斑半徑幾乎沒有變化。在2米遠(yuǎn)的位置同樣放置一個大口徑準(zhǔn)直頭，用于采集傳輸而來的1392nm空間光，將其耦合進(jìn)1550nm單模光纖進(jìn)行光纖傳輸。

在光纖跳線末端，連接一個PD光電探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最后通過電纜將電信號送入鎖相放大器。裝置圖如下所示：

鎖相放大器輸出的電壓信號接在激光器的驅(qū)動模塊上，用于調(diào)制激光頻率。我們選擇了一個4Hz正弦波和22kHz正弦波的疊加信號作為輸出信號，其中4Hz電壓信號幅度較大，為±350mV，用于掃描激光頻率，保證它可以掃過水的吸收峰，22kHz的正弦波用于調(diào)制激光頻率，幅度不用很大，主要是為了避開低頻處的環(huán)境噪聲，并使用解調(diào)的技術(shù)復(fù)現(xiàn)出水的吸收信號。下圖是鎖相放大器在本次實驗中的配置信息，并且它內(nèi)置了示波器可以直接呈現(xiàn)出解調(diào)后的波形，圖中就是水分子在1392nm的吸收峰了。