信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究

邵  杰; 高晓明; 袁怿谦; 杨　颙; 曹振松; 裴世鑫; 张为俊

doi:10.7498/aps.54.4638

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名

邮箱

手机号码

标题

留言内容

验证码

摘要
基于可调谐半导体激光吸收光谱，提出了一种新的信号处理方法用于提高吸收光谱测量的灵敏度. 研究结果表明：采用信号处理（DSP）可以使波长调制光谱的信噪比提高一个数量级,且测量CO2分子的时候发现一条新谱线. 这些信号处理包括多次平均、数字低通滤波以及最小二乘法拟合. 由于该方法不需要增加设备的复杂性，所以比其他噪声抑制技术更容易在实验中实施、有更实际的应用价值.

关键词:
波长调制 /

信号处理 /

半导体激光器 /

吸收光谱
Abstract
We present a signal-processing system developed for enhancing the sensitivity of absorption measurement based on tunable diode laser wavelength modulation spectroscopy. A signal-to-noise ratio enhancement of an order of magnitude was observed when digital signal-processing algorithms were applied to wavelength modulation spectrometers in the near-infrared，at the same time a new spectra was found by observation of CO2 near 1.53 μm. These algorithms include digital low-pass filters, multiple averages, and a least squares fit. Digital signal processing has a practical advantage over other noise suppression techniques because it is easy to implement and adapt able to all experiments.

Keywords:
wavelength modulation /

digital signal process /

diode laser /

absorption spectroscopy
作者及机构信息
邵杰²,

高晓明²,

袁怿谦¹,

杨　颙³,

曹振松²,

裴世鑫³,

张为俊³

(1)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031; (2)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031; (3)中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031

基金项目: 国家高科技发展计划激光技术领域基金(批准号：2002AA825100)资助的课题.
Authors and contacts
Shao Jie²,

Gao Xiao-Ming²,

Yuan Yi-Qian¹,

Yang Yong³,

Cao Zhen-Song²,

Pei Shi-Xin³,

Zhang Wei-Jun³

(1)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031; (2)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031; (3)中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031
参考文献

施引文献

[1]	黄知秋, 李启正, 张猛, 彭志敏, 杨乾锁. 利用波长慢速扫描和快速调制激光吸收光谱实验数据反演光谱吸收函数的理论和实验研究. 物理学报, 2023, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.72.20230371
[2]	周沛, 张仁恒, 朱尖, 李念强. 基于双路光电反馈下光注入半导体激光器的高性能线性调频信号产生. 物理学报, 2022, 71(21): 214204. doi: 10.7498/aps.71.20221308
[3]	吴佳辰, 宋峥, 谢溢锋, 周心雨, 周沛, 穆鹏华, 李念强. 基于激光器阵列后处理的混沌熵源获取高品质随机数. 物理学报, 2021, 70(10): 104205. doi: 10.7498/aps.70.20202034
[4]	张步强, 许振宇, 刘建国, 姚路, 阮俊, 胡佳屹, 夏晖晖, 聂伟, 袁峰, 阚瑞峰. 基于波长调制技术的高温高压流场温度测量方法. 物理学报, 2019, 68(23): 233301. doi: 10.7498/aps.68.20190515
[5]	耿辉, 刘建国, 张玉钧, 阚瑞峰, 许振宇, 姚路, 阮俊. 基于可调谐半导体激光吸收光谱的酒精蒸汽检测方法. 物理学报, 2014, 63(4): 043301. doi: 10.7498/aps.63.043301
[6]	王贵师, 易红明, 蔡廷栋, 汪磊, 谈图, 张为俊, 高晓明. 基于石英音叉增强型光谱技术(QEPAS)的实时探测系统研究. 物理学报, 2012, 61(12): 120701. doi: 10.7498/aps.61.120701
[7]	许振宇, 刘文清, 刘建国, 何俊峰, 姚路, 阮俊, 陈玖英, 李晗, 袁松, 耿辉, 阚瑞峰. 基于可调谐半导体激光器吸收光谱的温度测量方法研究. 物理学报, 2012, 61(23): 234204. doi: 10.7498/aps.61.234204
[8]	魏月, 樊利, 夏光琼, 陈于淋, 吴正茂. 基于混沌信号非相干光注入下两半导体激光器间的双向混沌通信. 物理学报, 2012, 61(22): 224203. doi: 10.7498/aps.61.224203
[9]	王晓波, 马维光, 王晶晶, 肖连团, 贾锁堂. 单光子波长调制吸收光谱用于1.5 m激光器的波长锁定. 物理学报, 2012, 61(10): 104205. doi: 10.7498/aps.61.104205
[10]	孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才. 外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124212. doi: 10.7498/aps.60.124212
[11]	张建忠, 王安帮, 张明江, 李晓春, 王云才. 反馈相位随机调制消除混沌半导体激光器的外腔长信息. 物理学报, 2011, 60(9): 094207. doi: 10.7498/aps.60.094207
[12]	李宁, 翁春生. 非标定波长调制吸收光谱气体测量研究. 物理学报, 2011, 60(7): 070701. doi: 10.7498/aps.60.070701
[13]	颜森林. 交叉相位调制提高半导体激光器混沌载波发射机带宽方法. 物理学报, 2010, 59(6): 3810-3816. doi: 10.7498/aps.59.3810
[14]	宋国峰, 汪卫敏, 蔡利康, 郭宝山, 王青, 徐云, 韦欣, 刘运涛. 表面等离子激元调制的亚波长束斑半导体激光器. 物理学报, 2010, 59(7): 5105-5109. doi: 10.7498/aps.59.5105
[15]	李宁, 翁春生. 基于多波长激光吸收光谱技术的气体浓度与温度二维分布遗传模拟退火重建研究. 物理学报, 2010, 59(10): 6914-6920. doi: 10.7498/aps.59.6914
[16]	孔令琴, 王安帮, 王海红, 王云才. 光反馈半导体激光器产生低频起伏与高维混沌信号及其演化过程. 物理学报, 2008, 57(4): 2266-2272. doi: 10.7498/aps.57.2266
[17]	王安帮, 王云才, 郭文阁, 张首刚. 有效压缩增益开关DFB激光器光谱线宽的注入时间窗口. 物理学报, 2007, 56(1): 285-290. doi: 10.7498/aps.56.285
[18]	王策, 陈晓波, 张春林, 张蕴芝, 陈鸾, 马辉, 李崧, 高爱华. Er3+：GdVO4中Er3+离子的光谱参数计算和晶场中能级分裂的讨论. 物理学报, 2007, 56(10): 6090-6097. doi: 10.7498/aps.56.6090
[19]	王云才, 李艳丽, 王安帮, 王冰洁, 张耕玮, 郭萍. 激光混沌通信中半导体激光器接收机对高频信号的滤波特性. 物理学报, 2007, 56(8): 4686-4693. doi: 10.7498/aps.56.4686
[20]	王飞, 黄群星, 李宁, 严建华, 池涌, 岑可法. 利用可调谐半导体激光光谱技术对含尘气体中NH3的测量. 物理学报, 2007, 56(7): 3867-3872. doi: 10.7498/aps.56.3867

计量

文章访问数: 7250
PDF下载量: 2003
被引次数: 0

信号处理改善波长调制光谱灵敏度的实验研究

1. (1)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031; (2)中国科学院安徽光学精密机械研究所国家八六三计划大气光学重点实验室,合肥 230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031; (3)中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学实验室,合肥 230031

基金项目: 国家高科技发展计划激光技术领域基金(批准号：2002AA825100)资助的课题.

收稿日期: 2004-12-10

修回日期: 2005-01-25

刊出日期: 2005-05-05

摘要: 基于可调谐半导体激光吸收光谱，提出了一种新的信号处理方法用于提高吸收光谱测量的灵敏度. 研究结果表明：采用信号处理（DSP）可以使波长调制光谱的信噪比提高一个数量级,且测量CO2分子的时候发现一条新谱线. 这些信号处理包括多次平均、数字低通滤波以及最小二乘法拟合. 由于该方法不需要增加设备的复杂性，所以比其他噪声抑制技术更容易在实验中实施、有更实际的应用价值.

关键词:

搜索

留言板