娄秀涛,王玥,卢辉辉,董永康*

(1 哈尔滨工业大学物理学院,黑龙江 哈尔滨 150001;2 哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

对气体的有效探测在环境监测、工业控制、生物医疗和航空航天等许多领域都具有重要意义[1-5]。相比于化学方法,光学方法特别是激光光谱方法具有非接触、响应速度快、选择性好和测量范围大等优点,是气体检测技术的重要发展方向和研究热点。其中,激光吸收光谱(LAS)技术由于具有高定量和操作便捷的优势而成为目前最为广泛使用的激光光谱气体检测技术[4,6]。LAS 技术的研究方向主要集中在技术指标的提升与新应用的开发,其中所提升的技术指标主要包括灵敏度、响应速度、选择性、准确度、覆盖范围、动态范围等。本课题组最近探索将调频连续波(FMCW)技术引入到LAS 中,发展新型的气体光谱检测技术来提升LAS 在测量准确度、覆盖范围和动态范围等方面的技术指标。

FMCW 技术在半个世纪前被广泛应用于电子雷达侦测[7],于上世纪80 年代初被引入光学领域[8],成功用于测距、测速和三维成像等高精度光学测量应用中[9-11]。特别地,光学FMCW 技术在光纤传感领域也被称为光频域反射(OFDR)技术[12,13]。光学FMCW 的基本原理可以简单描述为:一束扫频的窄线宽连续激光被分为两路,两路光经历不同的路径再汇合后会产生干涉,由生成的拍频信号频率或相位可以得到两路的光程差。传统上,光学FMCW 利用不同路径光程差的测量能力来实现目标的定位与成像等,与脉冲式激光雷达相比具有高空间分辨的优势。……