化学物理实验7：可调谐式半导体激光吸收光谱仪及其应用
可调谐半导体激光吸收光谱法监测燃烧过程中CO浓度的变化
池， 经过 １０次反射后 ， １ 光程达 到 ４ ． ９ ５ｍ，由多次发射池 出
射的光束经平面反射镜反 射后 经过 １ ｍ长的参 考池到达 自 ０ｃ 平衡探测器的信号光进光 口。自平衡探测器 把光信号转换成 电信号并 由线性输出端 口输 出，输 出信号 进入 锁相放 大器 ，
由安装在计算机上的数据采集 卡进 行采 集 ， 并对 采集到 的信 号进行积分平均 。 本实验使用 ３ ０次平 均 ， 由计算 机对采集到 的信号进行 处理得到 Ｃ 的浓度值 。喷灯 位于多次反 射池 的 Ｏ
第 １ 期 １
束光通过 自聚 焦透镜 入射 到 自平衡 探测 器 的参考 光进 光 口， 另一束光经过 自聚焦透镜 进入 Ｈｅｒ ｔ 构 的多次反射 ｒｉ 结 ｏ
Ｃ Ｏ浓度进行实时在线测量 ， 这就使 得传 统采样 的气体 检测 方法如气 相 色 谱法 ＿、湿 化学 方 法 等难 以满 足 测 量 要求 。 ３ ］
摘
要
可调谐半导体激光吸收光谱技术 （ ｎｂ ｉ ｅａｅ ａｓｒｔ ｎ ｐｃ ｏｃｐ ， Ｄ Ａ ） ｔ ａｌｄ ｄ ｓｒ ｂｏｐｉ ｅ ｒｓｏｙ Ｔ Ｌ Ｓ 是利用 二极 ｕ ｅ ｏ ｌ ｏｓ ｔ
管激光器的波长调谐 特性 ， 获得被选定的待测气体特征 吸收线 的吸收光 谱 ， 而对待 测气体进 行定性 或定 从 量分析。它具有高灵敏 、 高分辨 以及快速检测等特点 ，已经广泛用 于大气 中多种痕量气体 的检测 以及泄漏气 体 的检测 ，也是在燃烧环境下对 气体进行 非侵 入式实 时测量 的理想方法 。Ｔ Ｌ Ｄ ＡＳ技术 与开放式 的多次 反射 池相结合 ，并利用 自平衡探 测加波长调制 的新 型检测方法 ，测量了酒精喷灯燃烧 过程 中产 生的 Ｃ Ｏ浓度 ， 从
用于TDLAS气体检测的DFB激光器驱动电路设计
现代电子技术Modern Electronics TechniqueJan. 2024Vol. 47 No. 22024年1月15日第47卷第2期0 引 言可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode LaserAbsorption Spectroscopy, TDLAS ）技术具有灵敏度高、通用性强、响应时间短等特点，在大气污染物监测、矿井气体浓度检测等方面取得了广泛应用[1‐4]。
TDLAS 气体检测通常利用含有低频锯齿波和高频正弦波的电流信号对激光器调制，以使出射激光扫描待测气体的吸收谱线，激光被待测气体吸收后光强减弱，从而形成气体吸收峰，吸收峰幅值与气体浓度呈正相关，从而可以反演出待测气体浓度[5‐7]。
DOI ：10.16652/j.issn.1004‐373x.2024.02.017引用格式：徐鹏飞，李炜楠，陈红岩，等.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计[J].现代电子技术，2024，47（2）：89‐94.用于TDLAS 气体检测的DFB 激光器驱动电路设计徐鹏飞1， 李炜楠1， 陈红岩2， 叶有祥2（1.中国计量大学 机电工程学院， 浙江 杭州 310018； 2.中国计量大学 现代科技学院， 浙江 义乌 322000）摘 要： 分布反馈（DFB ）激光器作为可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS ）技术的常用光源之一，在实际应用中应当同时对驱动电流和温度进行控制，以减小出光质量对气体浓度检测结果的影响。
为了解决上述问题，文中设计一种高精度激光器驱动电路。
由STM32F103RCT6控制AD9834和DAC8560分别产生正弦波和锯齿波信号，对两个信号输入至OP27GS 构成的信号叠加电路进行叠加后，输出至由OP27GS 、AD8065和IRF520场效应管组成的具有限流功能的压控恒流源电路，将电压信号转变为激光器的驱动电流；同时采用MAX1978温控芯片对激光器进行温度控制。
“挑战杯”大学大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书(参考模板)
序号：编码：模板，根据实际情况修改。
第xx届“挑战杯”xx大学大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：天然气泄露云台探测器(例子)学院名称： zz学院申报者姓名（集体类别：：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作 A 类□科技发明制作 B 类A1．申报者情况（个人项目）说明：1．必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品 60%以上的工作者）B3．申报作品情况（科技发明制作）C.当前国内外同类课题研究水平概述天然气化学性质属于易燃易爆的气体，且沸点低和气体相对密度比空气小。
天然气的主要成分是甲烷等有机化合物构成。
因此，对天然气泄漏检测根据原理可以分为两类：第一类对甲烷气体检测。
第二类对天然气管道检测。
目前，国内外检测甲烷的方法主要有光纤吸收法、光干涉法。
天然气管道检测方法主要有声波检测方法等、管内智能检测方法等等。
1.光干涉法光干涉法传感器是根据等厚涉法的测量原理制备而成。
1930年，当时的日本科学家研制出了世界上第一台检测仪器，其中的原理是光通过气体介质的折射率改变和气体密度紧密相连，空气室和甲烷室都充满等量新鲜空气产生不同条纹，根据这个标准，一旦天然气管道发生泄漏事故，空气中的甲烷含量上升，空气密度的改变进而影响折射率的变化，最终的结果是条纹发生变化，这一切可以通过目镜发现。
随着科技的进步，智能化检测仪器通过传感器传入道信号处理模块，可以实现目标，取代较落后的检测方式。
该检测方法优势主要包括使用寿命长，检测精度高，缺点主要操作复杂，适用面较窄，根据现场环境容易对测量结果造成误差。
2.光纤吸收法与世界发达国家相比，我国在光纤吸收法的研究和应用方面较为落后。
在这些检测方法中，光纤吸收法甲烷检测仪是应用最多、也是最普遍的检测仪器。
这个仪器的利用Beer-Lambert原理对甲烷进行精确的检测。
1979年，同本的H．Inaba等提出用长距离光纤进行大气污染监测的光纤系统，对甲烷进行在线检测，可检测到的甲烷体积分数下限为甲烷爆炸下限的25％。
激光吸收光谱气体检测中谱线的自动筛选
总第190期2020年第6期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal190No.6,2020堂桩导测述用DOI：10.16525/l4-1109/tq.2020.06.07激光吸收光谱气体检测中谱线的自动筛选李梅秀1,邵欣八，王芳1,付作伟3(1.内蒙古阿拉善生态环境监测站，内蒙古阿拉善盟750306；2.天津中德应用技术大学智能制造学院，天津300350；3.中创精仪(天津)科技有限公司，天津300301)摘要：激光吸收光谱(LAS)技术进行气体检测具有高选择性、高灵敏度、快速响应、可多组分多参量同时非接触测量等优势，被广泛用于环境监测、污染排放检测、工业过程控制等领域。
在应用LAS技术进行气体检测时，首要工作就是选择合适的目标谱线。
目前对谱线的筛选都是基于人工观察完成，费时费力，效率低下。
设计了一款自动化谱线筛选软件，对于给定波段范围，基于LAS检测原理和谱线筛选原贝9,结合测量的环境条件对HITRAN光谱数据库中的相关谱线数据进行分析，根据吸光度和谱线的线宽等对灵敏度和谱线干扰进行判断，最终输出筛选的目标谱线或测温谱线对。
该方法大大提高了谱线的筛选效率，可用于LAS气体检测之前目标谱线的自动化筛选，对于气体的浓度检测和温度测量具有重要意义。
关键词：激光吸收光谱，HITRAN光谱数据库，谱线筛选，气体检测中图分类号.0657.38文献标识码:A文章编号:1004-7050(2020)06-0018-05引言环境问题是21世纪全球共同关注的重点问题之一，环境监测技术和环境保护工作愈发受到重视。
我国的污染现状不容小视，大量的环境监测站应运而生，旨在对大气环境等的实时监测，及时掌握事故及污染发生和发展实况，尽一切可能减轻污染带来的危害，这对污染控制、环境保护以及安全生产都有非常重要的意义。
激光吸收光谱(LAS)技术是一种先进的检测技术，其灵敏度高、实时性好(可达毫秒量级)，可以做到多组分、多参量的同时测量，并且在动态快速的同时兼具高选择性皿。
TDLAS技术
TDLAS技术1 光谱学基本概念 (1)2 光谱的线型函数及谱线加宽 (2)3 甲烷的吸收谱线 (5)4 TDLAS技术原理 (5)6 基于TDLAS的气体检测 (8)可调谐激光二极管的分类及特性 (8)6.2残余调制光强对气体吸收光谱线型的影响 (10)1 光谱学基本概念光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用。
光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。
对光谱最早的研究是牛顿进行的色散实验，他通过玻璃棱镜把太阳光分解成从红光到紫光各种颜色的光谱。
其后夫琅和费也观察到了光谱线。
根据研究光谱方法的不同，把它分为发射光谱学、吸收光谱学和散射光谱学：发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。
线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。
吸收光谱的范围很广，大约从10纳米到1000微米。
在200纳米到800纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收。
这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。
在散射光谱学中，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术。
当光通过物质时，除了光的透射和吸收外，还观测到光的散射。
在散射光中除了包括原来入射光的频率外，还包括一些新的频率。
这种产生新频率的散射称为喇曼散射，其光谱称为喇曼光谱。
从喇曼光谱中可以得到分子振动能级与转动能级结构的知识。
根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。
把氢原子光谱的最小能量定为最低能量，这个能态称为基态，相应的能级称为基能级。
当原子以某种方式从基态提升到较高的能态上时，原子的内部能量增加了，原子就会把这种多余的能量以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱，反之就产生吸收光谱。
这种原子能态的变化不是连续的，而是量子性的，称之为原子能级之间的跃迁。
可调谐半导体激光吸收光谱法监测二氧化碳的通量
引 言
全 球 变 化 已经 成 为 人 类 最 关 心 的环 境 问 题 ，它 的 核 心 是
遥测 、 大气质量监测等Ｌ Ｊ ３ 。 。 本文基于开放光路的可调谐 半导体激 光器调制光谱技术
（ ＤＬ ） Ｔ ＡＳ ，以 １５ ３胂 的 ＤＦ ．７ Ｂ激 光器 作 为 光 源 ，采 用 波 长 调 制 技 术 和 激 光 分 束 技 术 ， 过 检 测 １ ５ ３ｐ 附 近 二 氧 化 通 ． ７ ． ｍ 碳 的 单 根 吸 收 线 ， 现 了对 两 个 不 同高 度 层 面 上 二 氧 化 碳 气 实
气候变化 ， 含碳温 室气体浓度增加所加剧 的温室效 应是气候
变 化 的 主要 原 因 。正确 客观 的评 价 各 类 陆 地 生 态 系 统 对 大 气
中主要温室气体浓度的贡献是当前 全球 变化和全球气候 、环 境 变 化 研 究 中的 重 要 内容 ｌ 。 ＿ 】 Ｊ 长期 以来 ， 人们根据陆地生态系统排放 （ 或吸收 ） 主要痕 量气体 的基本特征和近地层大气中气体 传输 的机制 ，发展 了 各种通量测量方法 。 但是 ，由于陆地生态 系统排放 和吸收痕 量气体 的过程极为复杂 ， 同痕量气体排放 和吸收之间相互 不 影响， 而且这些痕量气体的通量 值很低 ，给观测带 来很大 困 难 。而且地气交 换过 程 涉及 从微 小 尺度 到中 尺度 ，范 围 宽 广， 然而迄今为止 ， 在几公 里到几 卜 里尺度 上 ，特别在 非 公
实 验 在 大 气 压下 进 行 ， 收 线 形 可 以用 洛 伦 兹 （ ｏｅｔ） 吸 Ｌ ｒｎｚ
线形来描述ｍ］ ，带入 吸收线 形并 展开 为傅里 叶级 数得 到二
第３卷 ， １ １ 第 期
２０ １１年 １月 光谱 Nhomakorabea学
可调谐半导体激光光谱技术在工业控制监测氧气浓度中的应用
理一 分 析处理 气体 等 阶段 ， 且还 存 在 以下几 个 并
缺点 ： ｉ 易 堵 塞 管 道 ， 护 工 作 量 大 且 费用 较 （） 维 高 ； ｉ 较多 的部件 易 于损 坏 ； ｉ） 无 法 消除 背 （ｉ ） （ｉ ｉ 景气 体 的交 叉 干 扰 ； ｉ） 响应 时 间较 高 ， 法 实 （ｖ 无
收稿 日期 ：０ ８０ －０ 修 回 日期 ：０ ８０ —８ ２ ０ －３２ ； ２ ０ － １ ４ 基 金项 目 ： 国家 “ ６ ” 划 资 助 （ ７ Ｈ Ｇ ５ １ ８３ 计 ０３ ３ １４ ）
其 中 ． 是吸 收线 型 的线 宽 （ ＷＨＭ） 对 于光 学 Ｈ ， 厚 度 较小 的吸收介 质 ，２ 式 可 以表 示 为 （）
压 下不 同浓度 的氧气 ２ 信号 ， ｆ 并得 到 ２ 信 号幅值 ｆ 与 浓度 之间 的线性 关 系 ， 为 工业 中 氧气 气体 的 可
检 测提 供一 种 比较 简单 的方法 ．
１ 基 本 理 论
当光强 为 ， ｎ的一束 光 通 过监 测 气体 时 ， 果 如
光源覆 盖一 个或 多 个气 体 吸收 线 ， 通 过气 体 时 光 将 会 发生衰 减 ． 据 Ｌ ｍ ｅｔ ｅｒ 根 ａ ｂ ｒ Ｂ ｅ 定律 ．
消 光 系数 对 检 测 的影 响 、 验 结果 证 明 ， 方法 是 可 以 对 氧气 的 实 时在 线 浓度 进 行 检 测 的一 种 比较简 单 的 方 法 ． 实 该
关键词 ： 可调谐半 导体激光 吸收光谱 （ ｕ ａｌ Ｄｏ ｅＬｓｒ ｂｏｐｉ ｐｃ ｏｃｐ ， Ｄ Ａ ） Ｔ ｎ ｂ ｉｄ ａｅ ｓｒｔ ｎＳ ｅｔ ｓｏｙ Ｔ Ｌ Ｓ 技术 ； ｅ Ａ ｏ ｒ 在线 监测 ； 氧
１ 用 半 导 体 激 光 的 窄 线 宽 、 调 谐 ． 可 特性 ， 过扫描 气 体 的一 条 振 转 吸收 线 实 现气 体 通 浓 度 的快速检 测 ， 免 了气 体 取样 和其 他 气体 干 避
激光吸收光谱方法测量非均匀流场分布的进展综述-光学论文-物理论文
激光吸收光谱方法测量非均匀流场分布的进展综述-光学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——随着航空航天技术的不断发展和国防建设日益增长的需求，发动机燃烧流场诊断和性能评估受到越来越多的关注。
高效的燃烧流场测量手段可以有效促进航空、火力发电和污染监控等行业的发展。
目前，已有的流场诊断设备如压力传感器、热电偶等，存在维护成本高、响应速度慢、灵敏度低和不便于携带等缺点。
此外，许多探测设备无法满足在高超声速飞行中高温、高速恶劣条件下长时间的工作要求，且侵入式探针会破坏被测流场，对流动产生干扰，不利于流场参数的测量。
光学诊断流场技术能够满足非侵入、实时和长效测量的要求，并且测量信息丰富，可以得到在线瞬态流场的温度、压力、流速、组分浓度等信息。
目前已有的光学测量手段包括纹影法、激光导荧光（Laser-Induced Fluorescence,LIF）、相干反斯托克斯拉曼散射法（Coherent Anti-Stokes Ra-man Scattering,CARS）和可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy,TDLAS）等。
纹影法[1]对于机械振动和气动特性的波动极为敏感，很难应用在发动机测试环境中。
LIF[2]和CARS[3]需要庞大的高功率激光测量系统和昂贵的成像设备，不适用于飞行环境的检测。
相比之下，TDLAS采用廉价的分布式反馈（Distributed Feedback,DFB）激光器，测量系统简单，且测量结果具有较高的信噪比，在实时在线测量方面具有较大的优势。
由于TDLAS的测量本质为视线效应（沿路径积分本性），测量结果只能给出单一路径上的平均测量值，不能得到流场的内部信息。
在实际的流场测量中，由于化学反应、流动混合、相变、与壁面的热交换等效应使得沿着光线传播方向有明显的梯度变化，仅靠测量单一路径上气体平均参数无法准确预测气体的流动特性，国内外研究者针对流场的非均匀分布开展了一定的研究。
2015届电子信息工程学院本科毕业论文(设计)学生选题汇总表
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王明美 13965010436 王明美 13965010436 √ 李冬鹏 13866689667 √ 李冬鹏 13866689667 √ 李冬鹏 13866689667 √ 赵敏 赵敏 赵敏 冯源 冯源 冯源 13339013601 13339013601 13339013601 13605608574 13605608574 13605608574
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课题性质
类别
社 理 会 教 科 其 论 调 研 研 它 研 查 究
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是 否 应 综 源 用 合 其 自 研 研 它 实 究 究 践
刘纯红 13675514569 刘纯红 13675514569 刘纯红 13675514569 否 李大创 13856900158 否 李大创 13856900158 否 李大创 13856900158 √ √ √ 唐磊 唐磊 唐磊 13856091216 13856091216 13856091216
注意事项：1、请查看论文题目，并和指导教师联系确定唯一选题，禁止一题多选。 2、确定选题后，请务必在26日（周五）上午之前，到行知楼1202办公室门口《选题表》上填写黄色部分个人信息。
合肥师范学院本科毕业论文（设计）任务一览表（ 2015 届）
学院名称： 电子信息工程学院
课题来源 姓 序号 学生姓名 姓名 学号 班级 联系方式 题目 工 实 实 程 验 习 实 论文 设计 践
基于TDLAS的调制光谱技术及其在气体检测中的应用
中文摘要中文摘要随着现代激光技术的发展，可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术因其具有光谱分辨率高、选择性好、灵敏度高、响应速度快等优势，所以被越来越多地应用于大气环境监测、燃烧诊断、危险气体泄漏安全监测、工业过程控制以及医学诊断等领域。
而调制光谱技术和多光程吸收池常用于提高TDLAS系统的检测灵敏度及测量稳定性。
本文主要对TDLAS的调制光谱技术及其在气体检测中的应用展开研究。
首先研究了波长调制理论，实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统，实现了燃烧中的CO2和CO的单激光器同时测量；其次，研究了免校准波长调制光谱理论，并从实验上验证了免校准技术对探测光强及外界干扰的免疫能力，并采用免校准波长调制光谱技术搭建了小型化TDLAS系统，实现了单个激光器对空气中CO和CH4的实时监测；最后，研究了频率调制光谱技术，实验测量了NO分子b4∑ˉ-a4∏系统(3,0)带跃迁谱线，并研究采用频率调制技术抑制光谱系统中的干涉噪声，实现频率调制光谱系统的小型化及快速测量。
本论文的研究成果及创新主要包括：1. 研究了波长调制理论，并实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统，使用单个分布反馈式(Distributed Feedback, DFB)激光器实现了对通信波段(1.58 μm)附近的CO2和CO的同时测量，并在1 s的积分时间内选取最佳平均次数为10次来进一步减小随机噪声的影响。
通过Allan方差分析，系统对CO2和CO的最低探测极限可分别达到7.5 ppm (10-6)和14 ppm。
此外，实验通过控制空气进量对蜡烛不同燃烧程度时产物中的CO2和CO浓度进行了实时测量。
2. 实验验证了通过一次谐波归一化二次谐波信号实现的免校准波长调制光谱对激光光强变化及气流影响、系统震动等外界干扰的免疫能力。
基于免校准波长调制理论搭建了小型化的多光程TDLAS系统，用于空气中CO和CH4的实时监测。
系统尺寸为60⨯30⨯25 cm3，采用集成化的FPGA控制系统和新型Herriott多光程吸收池，选择中心频率为2.3 μm的DFB激光器作为光源，排除空气中复杂气体成分的干扰，同时考虑空气中实际含量选择合适吸收线，实现对CO和CH4的同时测量。
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
Ｌ（）一 １（）ｘ ［ ａ ｖＣ ０ｖｅｐ － （） Ｌ３
（） １
式 中：Ｉ（） ｏ 为入射光光 强；Ｉ（） ｔ 为经过气体吸收后 透射 光的
光强 ； （） ａ ｖ为在频率 ｖ ， 处 单位浓度 、 单位 长度 下气体对光 的 吸收系数 ； Ｃ为气体 的体 积分数 ； Ｌ为 气体 吸收光路 的光程
为 了提高其抗 干扰 能力 ，引人 波长 调制［］ １ 和谐波 检测
技术［］ 。在激光器扫描信号（ 频率 为 ） 之上叠加一 个高频 的 正弦调制信号 （ 频率 为 ， 么 ， 那 激光器的瞬时频率 ｖ￡为 （）
ｖ￡ （）一 ＋ ａ ｏ （ｎ ｔ ｃ ｓ２ ｆ） （） ２
征吸收谱线 ， 从而实现痕量气体 的定性 和定量测 量 ， 有动 具 态特性好 、 响应时 间快 、灵敏度高和分辨力强等特点［ ］ ５ 。工
中图分类号 ： ＴＨ７ ４ ４ ４ ．
引 言
乙烯是一种无色的易燃气体 ， 与空气混 合能形成爆 炸性 混合物 ， 若遇 明火 、高热或 与氧化剂 接触 ，有引起燃 烧爆 炸
１ 测 量 原 理
根据朗伯 比尔定律 ， 一束光经过 气体分 子吸收后 ，其光
强 的 变 化 为
的危险［ 。 １ 在煤矿安全生产 中，乙烯则 作为指示 性气体 预警 ］
摘
要
可调谐半 导体激 光吸收光 谱技术 （ ＤＬ ） Ｔ Ａｓ 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 １６ ６ ８ｎ 附近的吸收峰作为检测谱线 ， ２ ． ｍ 研制 了基 于 ｗ ｉ 池结构 的 Ｔ Ｌ 检测 系统 ，结合波长 ｈｔ ｅ Ｄ ＡＳ
激光器技术的应用现状和发展趋势
激光器技术的应用现状和发展趋势一、应用现状激光器技术自20世纪60年代发明以来，已经广泛应用于各个领域，对人类社会产生了深远的影响。
以下是激光器技术在当前的主要应用领域：1. 工业制造：激光器技术在工业制造领域的应用广泛，包括切割、焊接、打标、表面处理等。
激光器的高精度、高速度和高能量特性使得它在制造业中具有不可替代的地位。
2. 通信与信息传输：激光器技术是现代通信的基础，如光纤通信。
激光器的单色性好、相干性强，使得信息传输的带宽大、速度快、损耗低，是现代通信技术的核心组成部分。
3. 医疗卫生：激光器技术在医学领域的应用包括眼科、皮肤科、牙科等。
激光器的非接触、非侵入性使得其在治疗和诊断中具有许多优点。
4. 科学研究：激光器技术是许多科学研究的必备工具，如光谱分析、物理实验、生物研究等。
激光器的可调谐性和高能量特性使得它在科学研究中具有重要作用。
5. 军事与安全：激光器技术在军事和安全领域的应用包括激光雷达、目标指示、光电对抗等。
激光器的定向性好、能量集中，使得它在军事和安全领域具有重要应用价值。
二、发展趋势随着科技的进步和应用需求的不断增长，激光器技术的发展趋势如下：1. 高功率激光器：高功率激光器在工业制造、科学研究等领域有广泛应用。
随着技术的进步，高功率激光器的输出功率不断提高，性能更加稳定可靠。
2. 新型激光器：随着光电子技术和材料科学的不断发展，新型激光器不断涌现，如量子点激光器、光纤激光器、表面等离子体共振激光器等。
这些新型激光器具有独特的性能和应用前景。
3. 微型化与集成化：随着微纳加工技术的发展，微型化和集成化的激光器成为研究热点。
微型化与集成化的激光器具有体积小、重量轻、易于集成等优点，在光通信、光传感等领域有广泛应用。
4. 智能化与自动化：随着人工智能和自动化技术的不断发展，智能化和自动化的激光器成为研究的新方向。
智能化和自动化的激光器可以实现自我调节、自我诊断和自我修复等功能，提高系统的稳定性和可靠性。
基于可调谐半导体激光技术的机动车尾气中CO、CO2遥测
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月V01．36Suppl em ent h胁r ed柚d LaSer E ngi n∞r i I l g J un．2007基于可调谐半导体激光技术的机动车尾气中C O、C02遥测王铁栋，刘文清，张玉钧，王敏(中科院合肥物质科学研究院安徽光机所，安徽合肥230031)摘要：机动车排放尾气成为很多城市大气质量恶化的主要原因之一，机动车尾气遥测系统利用可调谐二极管激光吸收光谱技术及其计算机自动识别技术可以在不影响车辆正常行驶的条件下，在道边对机动车尾气成份中的C O，c02进行实时遥测。
实验表明，基于该技术的尾气遥测系统可以迅速、方便地获得大量机动车的实时尾气排放数据和车辆信息，从而快速筛选出那些高排放的车辆。
该系统是传统尾气检测方式的补充。
关键词：可调谐二极管激光器；尾气；遥测中图分类号：x85文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0336．05R e m ot e s ens i ng C o，C020f V ehi cl e em i ssi ons usi ng T D L A SW A N G Ti e—dong，Lm W bn-qi I l g，Zm埘G Y u-j un，W A N G I I li n(^丑hII i I nst i t I I t c of op吐s柚d Fi鹏M ech卸i cs，ct I i ne∞A嘞区em y of Sci锄ces，I Ief ci230001，aI㈣A bst瑚吣t：N ow al m os t eV e哆m旬or cit)r i n C11i na f hc es ai r pr obl em s ass oci at ed w i t l l c血ssi伽s f．r omm ot oI’V ehi cl es．R em ot e s ensi ng bas ed on t unabl e di ode l a se r abso叩t i on s pect r o s copy i s capabl e of r enec血gⅡl e char acO嘶zal i on of V e l l i cl e el I l i s si on s w i t l l out i nt em lpt i ng t Ile吼ff i c dri V i ng condi t i ons．1k on—r oa d V e l l i cl e eI I l i s si on s r em ot e s ensi ng syst em i s pr es ent ed，w I l i ch h硒a n i I】f r ared c om pone nt f ordet ec吐ng C o，C02．I I l par al l el，m e pl at e l i c ense，speed锄d a cc e l e r at i on of V“cl es ar er ec ogl l i s ed bycom put er．T he syst em c锄be t aken船a com pl e m ent t o ol l r t r adi t i ona l m obi l e s ourc e e血ssi on c on仃ol pr o目?am．K ey w or凼：1、m abl e di odel撇：、bhi cl c em i s si ons；R-em ot e s∞s她O引言随着我国汽车工业的迅猛发展和人们生活水平的提高，汽车已经逐渐进入家庭，数量不断增加，机动车在行驶中燃烧汽油或柴油所排出的大量有害废气已经成为很多城市污染环境大气的主要流动污染源。
半导体激光器的历史状况及应用
半导体激光器的历史状况及应用摘要在近几十年来,半导体激光技术得到了十分迅速的发展,在现实生活中的很多领域都有十分广泛的应用,而且在未来的生活中也会扮演着重要的角色。
本文主要介绍了半导体激光器的历史现状及现实生活中的应用,以此来说明半导体激光器的重要性。
关键词半导体激光器;历史状况;运用0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱) 等多种形式,制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺[5]。
半导体激光器的应用范围十分广泛,而且由于它的体积小,结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点,使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度重视。
1 半导体激光器的历史半导体激光器又称激光二极管(LD)。
随着半导体物理的发展,人们早在20世纪50年代就设想发明半导体激光器。
20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。
在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象。
半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层,如GaAs,GaAlAs所组成的激光器。
单异质结注人型激光器(SHLD),它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内,以此来降低阀值电流密度的激光器。
1970年,人们又发明了激光波长为9 000Å在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼铝砷)激光器.在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器.从20世纪70年代末开始,半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。
光可调谐滤波器工作原理
光可调谐滤波器工作原理【摘要】光可调谐滤波器是一种能够根据需要调节其工作频率的光学器件。
本文首先介绍了光学波导的基本原理，包括光的传输方式和光的波导结构。
其次讨论了调谐机制，说明了如何通过外部信号或物理参数来改变滤波器的工作频率。
接着详细解释了光可调谐滤波器的工作原理，包括在不同频率下的工作方式和滤波效果。
然后列举了光可调谐滤波器的特点，如高灵活性和快速调节能力，以及在通信、光子计算等领域的广泛应用。
最后强调了光可调谐滤波器在现代光学领域中的重要性和发展趋势，总结了其在未来的应用前景。
【关键词】光可调谐滤波器、光学波导、调谐机制、滤波器工作原理、光可调谐滤波器特点、应用领域、重要性、发展趋势、总结。
1. 引言1.1 光可调谐滤波器工作原理光可调谐滤波器是一种能够根据输入的光波长进行调节的滤波器。
它在光通信和光谱分析等领域有着广泛的应用。
光可调谐滤波器的工作原理主要基于光学波导的基本原理和调谐机制。
通过调节波导中的折射率，可以改变光的传播速度和路径，从而实现对特定波长光的滤波效果。
光可调谐滤波器具有高灵活性和可调节性，能够实现高效的光谱选择和波长调节，广泛应用于光通信系统的光纤网络、光纤传感器和光谱分析仪器等领域。
光可调谐滤波器的重要性在于提高光通信系统的性能和可靠性，为光谱分析和光学传感器提供了高效的工具。
随着光学技术的不断发展，光可调谐滤波器在未来有着更广阔的应用前景。
光可调谐滤波器在光学领域的应用将会越来越重要，为光通信和光谱分析领域的发展做出贡献。
2. 正文2.1 光学波导的基本原理光学波导是光学元件中的重要部分，它可以实现光的传输、聚焦、分束、分配等功能。
其基本原理是利用材料的折射率差，在两种折射率不同的材料之间形成界面，使光线受到界面折射而发生偏折。
光学波导一般由芯层和包层组成，芯层具有较高的折射率，包层则具有较低的折射率。
光学波导的传输方式主要有两种，即模式传输和辐射传输。
模式传输是指当光线入射到波导芯层时，光线在芯层内发生全反射而传输的方式。
【半导体物理 精】半导体激光器
半导体激光器
• 半导体激光器是以半导体材料(主要是化合物半导体)作为工作物 质,以电流注入作为激励方式的一种激光器，又称半导体激光二极 管 （LD）
构成全固态激光系统。 • 10)高清晰度激光电视不久的将来,没有阴极射线管的半导体激光电视机可以投放市场,它利
用红、蓝、绿三色激光,估计其耗电量比现有的电视机低20%。
在医疗和生命科学研究方面的应用
• 1)激光手术治疗半导体激光已经用于软组织切除,组织接合、凝固和汽化。普通外科、 整形外科、皮肤科、泌尿科、妇产科等,均广泛地采用了这项技术。
自发光辐射和受激光辐射
• 自发光辐射（1）电子不受任何外界的作用而自发地从高能态E2 向 低能态E1跃迁并发射一个能量为（E2-E1）的光子，这些光子位相 和传播方向各不相同。（2）当给器件加正向偏压时，n区向p区注 入电子，p区向n区注入空穴，在结合区电子和空穴自发地复合形 成电子-空穴对，将多余的能量以光子的形式释放出来，所发射的 光子相位和方向各不相同，这种辐射叫做自发辐射。
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概 率)相等。
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰 减， 这种物质称为吸收物质。
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作 用，这种物质称为激活物质。
N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转 分布。
可调谐半导体激光器的精密控制系统设计
可调谐半导体激光器的精密控制系统设计曹延昌;熊继军;侯庆志【摘要】In order to meet the requirements of high stability of semiconductor laser in high precision measurement field, a semiconductor laser control system with high stability and low noise was proposed .The control system consists of a current driver and temperature controller .A negative feedback was used to maintain the current stability .A highly integrated MAX1978, as main control chip, was used to drive the thermoelectric cooler for temperature compensation .After the experiment verification , current was adjustable in the range of 200mA, current control accuracy was less than 1μA.The effective value of alternating current noise voltage within 3kHz ~100kHz bandwidth was less than 300nA and long-term temperature drift wa s less than 2m℃.The results show that the system can be used to drive distribibuted feedback external cavity LD lasers and distributed Bragg reflector LD lasers .%为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求，设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。
朗伯-比尔定律实验教学设计研究
朗伯-比尔定律实验教学设计研究李劲松【摘要】大学物理实验的教学方法和教学内容需要与时俱进。
探讨了将科研中的物理定律引入到大学物理实验教学中，为有效推进大学物理实验教学改革提出一种新的研究方法。
丰富大学物理实验内容和提高大学物理实验教学质量，充分发挥科研项目的素质教育功能，才能更好地培养学生的动手能力、思维能力和科学创新能力。
%The teaching method and content of college physicsexperiment( CPE)need to reform and innovate constantly. This paper discusses the introduction of the physical law of scientific research into the teaching of CPE,which provides a new method to effectively promote the reform of CPE teaching. Enriching content of CPE and improving the quality of CPE,as well as giving full play to the function of quality education of the scientific research project,will be better to cultivate the students hands-on ability,thinking ability and creative ability.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P55-57)【关键词】大学物理实验;教学和科研;教学改革【作者】李劲松【作者单位】安徽大学，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】G420大学物理专业相关实验作为培养学生基础知识、实验方法和实验技能的重要途径,是高等院校理工科学生的必修课程和教学体系的重要组成部分。
TDLAS气体温度测量过程的建模与仿真
TDLAS气体温度测量过程的建模与仿真周鑫;金星;王广宇【摘要】基于可调谐半导体激光吸收谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)的温度测量技术,实现了气体温度测量过程的建模与仿真.采用Matlab中的动态仿真工具Simulink,建立了光源模型、气室模型和数据检测模型.在设定环境条件下,通过模型仿真得到测量的气体温度并进行分析.结果表明:该模型能反映实际的激光调制效果和气室吸收情况,仿真的结果对TDLAS测温系统的研究有一定的参考价值.%Based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) temperature measurement technology, modeling and simulation for measurement process of gas temperature has been a-chieved. Using the dynamic simulation tool Matlab Simulink, a light source model, gas detection chamber model and data model have been obtained. In setting environmental conditions, these models simulated of the gas temperature measurement and analyzed it. The model can reflect the actual effect of the laser modulation absorption gas chamber, the results of simulation studies for TDLAS temperature measurement system has some reference value.【期刊名称】《装备学院学报》【年(卷),期】2012(023)005【总页数】4页(P122-125)【关键词】可调谐半导体激光吸收谱;Simulink仿真工具;气体温度【作者】周鑫;金星;王广宇【作者单位】装备学院研究生管理大队,北京101416;装备学院航天装备系,北京101416;装备学院基础部,北京101416【正文语种】中文【中图分类】O433.1在研究引擎燃烧物理、化学过程时，需要对引擎中温度、质量流量等物理量进行在线测量。
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其中 P 为 H2O 的分压（atm） ，L 为吸收光程（本实验中为 91 cm） ，S(T)为实验室温度下选 定的吸收峰的强度，其计算式为
其中 K(T0)是 hitran 数据库中的吸收强度（296K)，本实验中为 3.550×10-21 atm-1·cm-2； E”是 hitran 数据库中的下态能级，本实验中为 206.3014 cm-1； ν是谱线位置，本实验中为 7330.26466 cm-1； Q(T) = A + BT + CT2 + DT3， A = -0.44405×101，B = 0.27678，C = 0.12536×10-2，D = 0.48938×10-6。 为了得到最后的水的相对湿度，只需要通过对测量的谱线拟合，得到面积参量即可。
3 数据处理及分析
3.1 转换吸收曲线以及获得峰面积大小 实验得到的原始数据作图如下，横坐标是热敏电阻阻值，纵坐标是吸收强度
图 1.“吸收强度—热敏电阻阻值”散点图及基线拟合
2
为了寻找 I0 基线，选取上图中黑点进行线性拟合，拟合方程
I 0 3.36534 4.42236 10 5 R
RH %
747.3Pa 100% 42.0% 1777.6Pa
实验室放置的湿度计示数为 38.0%，与上述实验值偏差不大。误差的主要来源有： ①实验数据的“噪声”比较大，加上基线的选取比较粗糙，导致峰面积的计算也比较粗 糙； ②上述求解过程中用到了近似和估算，比如求 S(T)和 298.85 K 处饱和蒸汽压等过程。 ③实验室放置的室内湿度计本身精度较低，其读数也只能做个参考，并非准确值。
2 实验原理
2.1 实验装置 本次实验的装置如下图所示
图中 DFB 就是指分布反馈式激光器（DFB） 。 所有的激光振荡器都需要光反馈， 对于通常的激光二极管来说， 其光学反馈是依赖于出 光端面的反射而形成的，反馈的几何结构类似于 FP 腔，这种激光二极管又被称为 FP 腔型 激光二极管。它的优点在于结构简单，价格相对比较便宜，但是这种半导体激光管由于其光 学反馈结构的局限性，反馈不会太强，所以激光器的出光线宽通常约为 1~2 nm，这对于光 谱测量来说精度是远远不够的。DFB 激光器是在上述基础上，对波导内部的光学反馈做了 相应的调整，通常是在波导内部刻入光栅的结构，由于光栅的波长选择性，使得最后 DFB 激光器的出光线宽小于 2 MHz，这已经完全可以满足一般的光谱测量要求。DFB 激光器的 操作非常简单，由于其不跳模的范围可以达到 30 GHz，所以只需要对温度和电流做相应的 调整就可以调节到工作频率。 2.2 测量自动化 为了实现测量的自动化，采用 GPIB 通讯协议，以及 LabView 的采集和分析程序。 2.3 大气湿度测量 本次实验最终需要测量一条大气中的水线来计算环境的相对湿度。 该水线的吸收峰位置 -1 大约在 7330.26466 cm 附近，吸收相对强度（I/I0）约为 3%。
7.375 10-3 atm 747.3Pa
3
查表可知，水在 298.8 K 和 299.0 K 时的饱和蒸汽压分别为 1771.9 Pa 和 1794.7 Pa。对 这两点线性拟合，取其连线上的 298.85 K 处，估算得到此时的饱和蒸汽压为 1777.6 Pa。 因此本次实验测得的空气湿度为
1
实验上得到的直接吸收峰强度满足 Lambert-Beer 定律： I I 0 e
L
，由于人们通常所关
心的是吸收系数，所以在做数据分析前需要把实验测得的数据取自然对数
I ln I L 0
对吸收峰积分
ln I
I d S T P L 0
图 2.“-ln(I/I0)—波数ν”散点图及 Lorentz 拟合曲线
考虑到可能有 Doppler 效应，因此先对图中黑点先进行了 Voigt 线形拟合（ Lorentz 和 Doppler 的卷积） ，发现与原数据点偏差比较大。于是又进行了 Lorentz 线形拟合（如上图所 示） ，发现符合较好，所以以 Lorentz 拟合为准。Voigt 拟合偏差比较大的原因可能是该实验 中 Doppler 效应比较小。 从图中可以读出，峰面积大小为 A = 0.05906。为避免与上述 2.3 节 Q(T)公式中的 A 混 淆，这里的峰面积记做 Area，即 Area = 0.05906 cm-1。 3.2 根据峰面积求空气湿度 空气中水蒸气的分压公式为
即为基线。由原始数据 I 和 I0 可以得到相对强度 I/I0 及-ln(I/I0)等。 对于本次实验所用到的激光器来说，热敏电阻阻值和相应波数ν的对应关系是
(cm 1 ) 1.6083R 2 0.03368R 5571.65925
对上面分别求出的-ln(I/I0)和波数ν作图（如下图所示） ，可以得到转换后的吸收峰。
化学物理实验七：可调谐式半导体激光吸收光谱仪及其应用
报告人：刘 畅 学号：PB11206073 实验：2014-12-28 报告：2015-1-27 院系：中国科学技术大学化学物理系 联系方式： ****@
1 实验目的
了解学习分布反馈式激光器（Distributed feedback laser，DFB）的原理和使用，以及测 量自动化的原理；掌握 DFB 半导体激光器测量空气湿度的原理；了解这种光谱仪和技术在 现实中的价值意义。
P
Area S (T ) L
式中的 Area = 0.05906 cm-1，L = 91 cm，S(T)要代入温度数值进行计算。 实验室当天的温度是 15.7 ℃， 即 298.85 K。 代入 2.3 节的公式求得 S(T) = 0.088 atm-1·cm-2， 故
P
Area 0.05906 atm S (T ) L 0.088 91
4