[發明專利]一種基于無鎖相雙光梳吸收光譜的氣體參數測量方法

在審

• 申請號: 202210947877.6
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115165781A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 徐立軍;張宏宇;曹章;龐應飛;李微卿
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于無鎖相雙光梳吸收光譜的氣體參數測量方法，其特征在于使用無鎖相的雙光梳作為氣體參數測量的光源，且測量方法包含以下步驟：

步驟一、搭建光路并采集干涉信號：

光頻梳101和102的重復頻率分別為f_r1、f_r2(f_r1＞f_r2)，重頻差f_rep＝f_r1-f_r2，光頻梳101和102的載波包絡相移頻率f_ceo1、f_ceo2不鎖定，兩個光頻梳通過2×2光纖耦合器耦合后分成光束A和光束B，光束A穿過參考光路，光束B穿過測量光路；參考光路中，光束A通過光學帶通濾波器141直接耦合到光電探測器151，光電探測器151輸出的電信號經低通濾波器161濾波后得到不包含吸收光譜信息的干涉信號S_ref，S_ref重復頻率f_rep；測量光路中，光束B經過準直器121準直，穿過待測氣體131后，通過光學帶通濾波器142后耦合到光電探測器152，光電探測器152輸出的電信號經低通濾波器162濾波后得到包含吸收光譜信息的干涉信號S_meas，S_meas重復頻率f_rep；雙光梳光源通過多外差干涉的方式將難以探測的光頻信號映射到射頻，為保證干涉信號的頻率分量與光頻分量一一對應，光學帶通濾波器141和光學帶通濾波器142的帶寬不能超過低通濾波器161和低通濾波器162的帶寬不能超過且光學帶通濾波器141和光學帶通濾波器142具有相同的中心波長λ和帶寬Δλ，低通濾波器161和低通濾波器162具有相同的截止頻率；利用數據采集卡171同步采集干涉信號S_ref、S_meas，信號采樣率為f_r1，采集信號上傳到計算機181進行后處理：

步驟二、提取干涉信號頻譜抖動并予以補償：

將干涉信號S_meas、S_ref按照重復頻率f_rep和采樣率f_r1分成N組S_meas(i)和S_ref(i)，i＝1，2，...，N；每組數據點數為計算測量光路干涉信號頻譜I_meas(i)和參考光路干涉信號頻譜I_ref(i)，提取頻譜抖動并予以補償，得到補償后的測量光路干涉信號頻譜I_meas，align(i)和參考光路干涉信號頻譜I_ref，align(i)，i＝1，2，...，N；

步驟三、將對齊后的干涉信號頻譜做平均以抑制強度噪聲，測量光路得到平均頻譜I_meas，ave，參考光路得到平均頻譜I_ref，ave，并通過對數運算計算原始吸收光譜選取待測氣體射頻域的吸收譜α_meas(f)上的某一吸收峰，通過待測分子的光譜數據庫查找該吸收峰對應的光譜躍遷頻率，將射頻域的吸收譜映射到光譜α_meas(v)；

步驟四、修正待測氣體的吸收光譜，消除隨波長變化的參考光路和測量光路的強度差異；

步驟五、利用修正的多光譜擬合算法計算氣體參數。