1.3 TDLAS技术的研究现状

可调谐半导体激光吸收光谱技术在上世纪七十年代被提出[10]，之后便在气体检测方面崭露头角。一些发达国家对TDLAS技术做了不计其数的研究，并取得显著成果[11-13]。美国科学家David采用中心波长在1570nm的激光器对一氧化碳和二氧化碳进行检测[14]。瑞典科学家Sandsten利用两种不同型号的激光器对甲烷气体进行检测[15]，并将检测精度提到ppm级别。法国科学家Durry  G利用TDLAS技术同时检测对二氧化碳和水蒸气[16]。九十年代年后，涌现了众多基于TDLAS技术在大气污染气体检测方面的文献。我国在九十年代才对TDLAS技术展开研究，但发展迅猛。中科院安徽光机所作为国内较早研究TDLAS技术方面的科研机构[17]，已取得卓越成果[18-21]。该机构成功开展了检测硫化氢，氨气等气体浓度的研究[22-25]，并实现用TDLAS技术对水蒸气进行浓度和温度同步检测。不仅如此，中科院还实现了对大气污染物进行实时监测。如今，国内多家科研机构和高校都已投入研究TDLAS技术[26-28]。天津大学开展基于TDLAS 技术检测大气组分，并优化了实验参数[29-31]。浙江大学在检测气体浓度的同时进行深度研究[32,33]。TDLAS技术不仅适用于气体检测，也适用于生物医疗等众多领域。TDLAS技术已成为国内外热门研究内容。TDLAS技术同时也在进度，朝着系统小型化发展。Li Jingsong等人设计的小型TDLAS系统可适用于车载系统，以实现污染物的实时监测[34]。

1.4 课题主要研究内容

本课题利用中心波长位于1620 nm 的DFB型二极管激光器作为光源，搭建可用于高压光谱测量的TDLAS光谱测量系统，在高压环境下对乙烯的测量方法进行研究。

本文主要研究如下几方面内容：

第一章先对本课题背景展开分析检测乙烯气体的意义，列举检测气体的方法，引出TDLAS技术。指出可调谐半导体激光吸收光谱技术用于检测气体的优势，分析了其发展和研究现状，概述了本课题主要研究的内容。

第二章对TDLAS技术展开介绍，并着重介绍TDLAS系统的检测原理，Beer- Lambert定律。

第三章介绍实验所需的主要仪器，根据实验所需，搭建高压环境下的TDLAS 实验系统。

第四章在高压环境下进行实验，并对所测得的数据用Origin绘图，拟合曲线。通过公式计算得到测量的乙烯浓度，比较相同压强不同浓度的信号和相同浓度不同压强的信号。把测得浓度与实际浓度相对比，分析实验误差。

第五章对研究课题进行总结，提出实验改进方向并TDLAS技术的进行展望。

2 TDLAS技术

2.1 TDLAS技术简介

自上个世纪70年代TDLAS技术问世以来，它就掀起了气体检测的新浪潮。

TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称，是将可调谐二极管激光器和激光吸收光谱法相结合应用的技术[35]。该技术通常是用特定的激光频率扫描气体特殊的吸收线。TDLAS技术基本的设置包括激光器光源, 传输光学器件，接收光学器件和探测器。可调谐二极管激光器的发射波长，即 VCSEL，DFB等被调整在激光束路径中的气体中的物质的特征吸收线上。这导致测量的信号强度的降低，其可以由光电二极管检测，然后用于确定气体浓度等检测。其技术背后的基本原理是简单的。这里的焦点是在某一特定气体的吸收光谱上的单一吸收线。

以二极管激光器的波长为起点, 在特定的吸收线上进行调谐, 并测量透射辐射的强度。基于应用和要进行调谐的范围，使用不同的二极管激光器。典型的实例是InGaAsP / InP（可调谐范围超过900nm至1.6μm），InGaAsP / InAsP（可调谐超过1.6μm至2.2μm）等。这些激光器可以通过调节其温度或通过将注入电流密度改变为增益来调节中。当温度变化允许调谐超过100 cm-1时，由于系统的热惯性，它受到慢速调谐率（几赫兹）的限制。另一方面，调整注入电流可以以高达10GHz的速率提供调谐，但是限制在可以进行调谐的较小范围（约1至2cm -1）。典型的激光线宽为10 -3 cm -1或更小。 TDLAS高压环境下的乙烯检测方法(3):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205944.html