激光遥感探测甲烷气体最低接收功率需求研究.pdf

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1、第32卷第1期2010年2月光学仪器OPrlCALINSTRUMENTSVoI．32。No．1February，2010文章编号：1005—5630(2010)01—0001-03激光遥感探测甲烷气体最低接收功率需求研究*李霖峰1，尹王保2(1．运城学院物理与电子工程系。山西运城044000；2．山西大学物理电子工程学院，量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西太原030006)摘要：对使用单一激光源遥感检测甲烷气体方案所需的最低激光功率进行了理论分析，通过实验获得的接收光功率与测量精度的变化趋势，得出了在甲烷样品气浓度为150ppm下，接收功率在3nW以上就可实现测量，10nW以上

2、可以实现有效测量，50nW以上可以实现精确测量的结论。关键词：最低接收功率；遥感检测；甲烷；有效探测距离中图分类号：TN247，TN249文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2010．01．001ResearchontheminimumreceivedpowerforremotedetectionmethanegaswithlaserLILinfen91．ⅥNWangba02(1．DepartmentofPhysicsandElectronicEngineering，YunchengUniversity，Yuncheng044000，China,2

3、．StateKeyLaboratoryofQuantumOpticsandQuantumOpticsDevices，CollegeofPhysicsandElectronicEngineering，ShanxiUniversity，Taiyuan030006，China)Abstract：ThisarticlecarriedtheoreticalanalysisontheminimumlaserpowerwhichiSindispensabletotheschemeofremotedetectionmethanegasbyusingasinglelasersource．Byexper

4、iment，weattainedthevariationaltrendbetweenreceivedlightpowerandmeasurementprecisionandconcludedthatifconcentrationofmethanegasis150ppm，wecanrespectivelyaccomplishmeasurement，effectivemeasurementandaccuratemeasurementwhenreceivedlightpowerisabove3nW，lOnWand50nW．Keywords：minimreceivedpower；remote

5、detection；methane；effectivedetectorrange引言在文献[1，2]中提出了一种使用单一二极管可调谐激光源，利用谐波探测技术进行遥感检测甲烷的方案。实验装置图见图1。该方案采用开腔样品池结构和光收、发同轴结构，以地形靶的反射光信号作为检测信号，可实现一定区域的甲烷遥感实时现场监测。通过理论推导给出了该方案设计理论依据，并以此为基础分析了理论最小可探测浓度和多探头共光源实现方案，实验结果验证了该方案的可行性。但在实验中发现，由于光接收系统中光电探测器能够探测到的最小光功率受它本身等效噪声功率NEP限制，因此，系统对探测光功率就有了一个最低的要求。文中将对

6、探测系统最低探测接收功率需求等进行理论分析和实验研究。。收稿日期：2009—06—30作者简介：李霖峰(1980-)，男，山西运城人，讲师，硕士，主要从事应用激光光谱方面的研究。·2·光学仪器第32卷1最低探测功率需求理论分析根据文献[3，4]及文献Eli的分析，被探测区域的甲烷浓度可简化为下式：cR—K(笔)㈣式(1)中，K的具体数值由定标校准实验确定；P，，、Pz，分别为探测器接收到的一次谐波分量和二次谐波分量；CR为被测气体的路径一积分浓度。光学接收系统接收到的来自反射靶目标的反射光功率为：FiberbeamsplitterFibercollimator图1遥感监测甲烷气体实验

7、装置图PIte—P。会挈(2)Fig1Se，hematiccha，grarn．．ofth，e。鼍酬apparatusL。forretnDteoetectlonoIrfletl-lal-legases式(2)中，P。为激光的输出平均功率(单位：W)；A为光接收系统的有效接收面积(单位：m2)；志为光接收系统的总接收效率；p为反射靶目标的差分反射系数(单位：sr-1)；L为探测距离(单位：m)。根据式(2)知道，系统的接收功率与光源的发射功率、系统光学接收面积