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光声光谱是以美国著名科学家A.G.Bell于1880年发现的光声效应为基础的高灵敏、高动态范围及仪器结构简单的光谱技术,属于光热光谱的范畴。光声光谱技术就是通过测量样品由于温度的变化而产生的压力波(即声波),从而实现对样品的光学、热学、声学以及其他性质的测量。
该论文主要是基于共振式光声光谱技术和窄线宽近红外可调谐二极管激光器而建立的一套高分辨、高灵敏吸收光谱测量系统,围绕光声吸收光谱测量技术及其在痕量气体探测、分子光谱学和气溶胶光学吸收特性等方面开展研究。论文的主要内容和创新之处如下:
>基于吸收光谱的基本知识,详细阐述了光声光谱技术的基本原理及技术特点:
>将近红外低功率的可调谐二极管激光与共振光声学、波长调制技术有机的结合,建立了一套高灵敏、高分辨的波长调制光声光谱实验装置,系统具有低廉、紧凑、易于操作和集成等特点,探测灵敏度可达到ppm量级(部分分子可实现sub-ppm水平)。利用该装置成功的进行了1.573μm附近CO2分子谱线参数的研究,最小可探测分子谱线强度达~10-26cm-1/(molecule·cm-2)量级;
>详细讨论了提高光声光谱系统灵敏度的各种策略,如:采用信号多次平均技术、麦克风列阵和光学多通原理。实验证明利用这些简单有效的方法可使系统探测灵敏度提高近2量级;
>通过实验和理论研究了分子弛豫动力学效应在光声光谱技术中对光声信号强度的影响;结果表明利用分子弛豫效应可有效的提高系统探测灵敏度;
>利用光声光谱技术初步开展了大气气溶胶光学吸收特性的应用研究。