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利用腔衰蕩系統(tǒng)探測CH4在1653.7nm處的吸收峰 - 筱曉光子AOL實驗室⑦

更新時間:2023-11-28點(diǎn)擊次數(shù):873


利用上一期搭建的腔衰蕩系統(tǒng),我們成功測量了10ppm的CH4氣體在1653.7nm的吸收峰,同時通過空腔衰蕩時間計算出的腔鏡反射率和腔鏡指標(biāo)符合,進(jìn)一步驗證了該腔衰蕩系統(tǒng)的可用性和可靠性。






下圖為筱曉光子的CRDS測量結(jié)構(gòu):1653 nm的DFB激光二極管由Thorlabs的ITC4005驅(qū)動,二極管工作溫度控制在40℃,電流37~45mA。將輸出的激光接在AOM上,用于在衰蕩觸發(fā)的時候關(guān)閉激光輸入,以免影響衰蕩結(jié)果。使用可調(diào)準(zhǔn)直器(CFC8A-C)將經(jīng)過AOM的激光準(zhǔn)直空間輸出,通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器和諧振腔的距離以及準(zhǔn)直器內(nèi)透鏡和光纖的距離,使得激光準(zhǔn)直輸出后的束腰半徑和束腰位置符合理論計算值。




諧振腔由一對曲率半徑為1m,反射率>99.99%的高反鏡組成,使用橡膠圈與氣室密封,氣室長度為0.5m。氣室有兩個輸入口一個輸出口,可用于控制不同氣體的輸入輸出。PD探測器用于探測輸出光信號,并實時傳輸?shù)绞静ㄆ鳌T谑静ㄆ鲀?nèi)設(shè)置trigger out,當(dāng)PD探測器探測到電壓信號達(dá)到設(shè)定閾值后,向AFG輸出一個trigger信號。AFG中預(yù)先設(shè)置好一個反相脈沖信號,一旦被觸發(fā),便會向AOM Driver輸出0V的電平,持續(xù)100us,然后又恢復(fù)到5V電平,等待下一次觸發(fā)。

在這100us的0V電平控制下,AOM Driver不會給AOM提供100M射頻信號,AOM會處于關(guān)閉階段,用示波器記錄這一次衰蕩波形,可以平均100次左右,保存一個波形,進(jìn)行擬合分析。


下圖是37mA時(此時激光波長不在CH4的吸收峰上),腔衰蕩信號的一次擬合分析,擬合函數(shù)為:y = a*exp(-x/t)+c,參數(shù)t就是擬合的衰蕩時間。從圖中可以看到,擬合的t為5.864us。由于我們使用的高反鏡是1550nm中心的,在1653.7nm處的反射率達(dá)不到99.99%的指標(biāo),用5.864us的衰蕩時間可以推出,1550nm高反鏡在1653.7nm的發(fā)射率約為99.97%,符合1550nm高反鏡在1653.7nm的反射率。為了達(dá)到更高的測量靈敏度,可以更換1650nm中心的高反鏡。不過本次測量的CH4濃度是10ppm,99.97%已經(jīng)有較為明顯的吸收峰。

以1mA為測量間隔,從37~45mA逐個采集衰蕩曲線(事先已經(jīng)用直接吸收法確認(rèn)過,吸收峰在這個電流范圍內(nèi)),并分別擬合衰蕩時間,繪制出了CH4的吸收曲線如下,可以看出10ppm的吸收已經(jīng)非常明顯。





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