基于光纤F-P可调谐滤波器的有害气体检测方法

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1、第34卷第5期航天返回与遥感2013年10月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING29基于光纤F-P可调谐滤波器的有害气体检测方法于国良连航陆星石俊峰张宇涵龚欣沈贺徐圣奇赵佳宇刘波刘伟伟（南开大学现代光学研究所，天津300071）摘要光谱分析法在气体成分监测领域有着广泛的应用，实现小型紧凑高分辨率的光谱测量装置是热门的研究课题。文章创造性的提出了基于光纤法布里-帕罗(F-P)的可调谐滤波器提高吸收光谱分辨率，为构建紧凑高分辨率的光谱仪提供了一种新的方案。基于光纤F-P的可调谐滤

2、波器成功实现了微型光栅光谱仪（分辨率约1nm）对甲烷吸收光谱的测量，对比无光纤F-P可调谐滤波器直接测量的结果，该方法测得的吸收光谱强度至少提高了一个数量级。此研究成果可用于紧凑高分辨率的星载气体检测仪的研制。关键词光谱分辨率法布里-帕罗腔可调谐滤波器星载气体检测中图分类号:X851文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)05-0029-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.05.005ResearchonDetectionMethodofHarmfulG

3、asBasedonOpticalFiberFabry-PerotTunableFilterYUGuoliangLIANHangLUXingSHIJunfengZHANGYuhanGONGXinSHENHeXUShengqiZHAOJiayuLIUBoLIUWeiwei(InstituteofModernOptics,NankaiUniversity,Tianjin300071,China)AbstractSpectrumanalysishasabroadprospectofapplicationinga

4、scompositionmonitoringfield.Thecompacthigh-resolutiongascompositionmonitoringdevicehasbecomeasubjectunderintensiveinvestigation.ThispaperproposeanovelsolutionbasedonopticalfiberFabry-Perot(F-P)tunablefilterinbuildingacompactandhighresolutionfreespaceopti

5、calspectrometer.ByusingthefiberF-Ptunablefilter,theabsorptionspec-trumofCH4issuccessfullyobtainedwithaminiaturegratingspectrometer(resolutionofabout1nm).Com-paredwiththedirectlymeasuredresultswithouttheopticalfiberF-Ptunablefilter,theintensityoftheabsorp

6、-tionspectrumhasbeenincreasedatleastanorderofmagnitude.Thisresearchcanbeusedinthedevelopmentofthecompacthigh-resolutionspacebornegasdetector.Keywordsspectralresolution;Fabry-Perotcavity;tunablefilter;spaceborne;gasdetection1引言[1-2]大气气体成分监测方法有以下几种：化学分析法、气

7、相色谱分析法、质谱分析法和光谱分析法。[3]其中，基于吸收光谱测量的光谱分析法具有可实时检测、无需准备样品等优点，它主要利用分子基团的特征吸收谱来对化合物的种类进行分析，很容易实现对气体成分的实时监测。目前，吸收光谱测量法也是星载气体检测仪的重要技术手段。在实际应用中，测量系统的光谱分辨率对吸收光谱的测量灵敏度收稿日期：2013-04-1930航天返回与遥感2013年第34卷有着重要的影响：光谱仪的分辨率越高，测得的吸收光谱强度就越强，其检测灵敏度也越高。为满足气-1体监测对光谱仪分辨率的要求（一般小于

8、1cm），星载气体检测仪一般结构复杂，体积质量都较大。比如美国NASA的OrbitingCarbonObservatory（OCO）上搭载的光谱仪，尺寸为1600mm×400mm×600mm，质量达150kg。因此在星载气体监测领域，紧凑型高分辨率的光谱测量装置是研究人员追求的目标。在本文中，创新性地提出使用光纤法布里-帕罗（F-P）可调谐滤波器来提高吸收光谱的测量分辨率，从而实现紧凑型光谱仪的试验方案。试验中采用超连续光源（SLED）作为