CN115144367A - 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法 - Google Patents

基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115144367A
CN115144367A CN202210673255.9A CN202210673255A CN115144367A CN 115144367 A CN115144367 A CN 115144367A CN 202210673255 A CN202210673255 A CN 202210673255A CN 115144367 A CN115144367 A CN 115144367A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
frequency signal
laser
wavelength
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210673255.9A
Other languages
English (en)
Inventor
任伟
胡梦圆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Research Institute of CUHK
Original Assignee
Shenzhen Research Institute of CUHK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Research Institute of CUHK filed Critical Shenzhen Research Institute of CUHK
Priority to CN202210673255.9A priority Critical patent/CN115144367A/zh
Publication of CN115144367A publication Critical patent/CN115144367A/zh
Priority to PCT/CN2023/096609 priority patent/WO2023241336A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本申请属于半导体红外色散光谱技术领域，是涉及基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法，其中基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置包括光源模块、边带激发模块、探测模块、光电信号降频模块和信号解调模块；光源模块用于产生预设中心波长的激光，并对激光进行波长调制；边带激发模块被配置为使激光产生距离预设中心波长预设频率差的两个光学边带；探测模块被配置为检测具有两个光学边带的激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；光电信号降频模块被配置为采集拍频信号并进行降频处理；信号解调模块被配置为解调被降频后的拍频信号，并解调出二次谐波信号。通过波长调制实现对拍频信号相位的调制，通过二次解调提高系统信噪比。

Description

基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法
技术领域
本申请属于半导体红外色散光谱技术领域，更具体地说，是涉及一种基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法。
背景技术
传统色散光谱技术需要采用声光调制器实现在激光载波两侧产生边带，通过光电探测器的平方律检测后，利用载波和边带之间的拍频信号来获得色散相位信号，从而获取气体分子浓度信息。目前，声光调制器的调制频率有限，无法达到色散光谱技术的最佳调制频率，同时可适用于中红外波段的声光调制器十分有限。为了探测中红外的强吸收谱线，可以采用外差相敏色散光谱技术(HPSDS)，然而，传统HPSDS探测灵敏度较低，不适于低浓度气体检测。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法，以及解决传统HPSDS探测灵敏度较低，不适于低浓度气体检测的问题。
为实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，包括：光源模块、边带激发模块、探测模块、光电信号降频模块和信号解调模块；光源模块用于产生预设中心波长的激光，并对激光进行波长调制；边带激发模块被配置为使激光产生距离预设中心波长预设频率差的两个光学边带；探测模块被配置为检测具有两个光学边带的激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；光电信号降频模块被配置为采集拍频信号并进行降频处理；信号解调模块被配置为解调被降频后的拍频信号，并解调出二次谐波信号。
可选地，光源模块包括：半导体激光器和波长调制组件；半导体激光器与波长调制组件连接，波长调制组件用于使半导体激光器输出具有预设中心波长的激光。
可选地，波长调制组件包括激光控制器和信号发生器；激光控制器用于控制半导体激光器的电流和温度，以使半导体激光器输出具有预设中心波长的激光；信号发生器用于产生高频信号对半导体激光器输出的激光的预设中心波长进行调制，以及产生低频信号对待测气体的吸收线进行波长扫描。
可选地，高频信号为正弦波电流信号，低频信号为三角波扫描信号。
可选地，边带激发模块包括第一射频信号发生器，第一射频信号发生器产生的射频信号输入光源模块，对光源模块进行高频强度调制，以使光源模块输出的激光的预设中心波长的两侧产生光学边带。
可选地，边带激发模块还包括偏置电路，第一射频信号发生器通过偏置电路与光源模块连接。
可选地，光电信号降频模块包括：第二射频信号发生器、第一分束器、第二分束器、第一混频器和第二混频器；第一分束器与第一射频信号发生器连接，第一射频信号发生器的射频信号经过第一分束器分为第一射频信号和第二射频信号；第二分束器与第二射频信号发生器连接，第二射频信号发生器的射频信号经第二分束器分为第三射频信号和第四射频信号；其中，第一射频信号与第三射频信号进入第一混频器进行降频，探测模块产生的拍频信号与第四射频信号输入第二混频器进行降频；第一射频信号发生器输入光源模块的射频信号为第二射频信号。
可选地，信号解调模块包括：第一锁相放大器、第二锁相放大器和数据采集卡；第一混频器输出的电信号作为第一参考信号，第二混频器输出的电信号作为第一输入信号，第一参考信号和第一输入信号输入第一锁相放大器进行相位解调；第一锁相放大器输出的相位信号作为第二输入信号，信号发生器输出的电信号作为第二参考信号，第二参考信号和第二输入信号输入第二锁相放大器，进行二次谐波解调，解调出的二次谐波信号由数据采集卡进行数据采集。
可选地，探测模块包括：耦合透镜、气室、汇聚透镜和光电探测器，气室用于存储待测气体，气室设置于耦合透镜和汇聚透镜之间，耦合透镜设置于光源模块的出光侧，光电探测器设置于汇聚透镜的出光侧；具有两个光学边带的激光经过耦合透镜耦合进入气室并出射，由气室出射的透射光经汇聚透镜汇聚至光电探测器，并由光电探测器转换为拍频信号。
根据本申请的另一个方面，提供了一种波长调制色散光谱探测方法，应用于上述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，包括：输出预设中心波长的激光，并对激光进行波长调制；使激光产生距离预设中心波长预设频率差的两个光学边带；检测具有两个光学边带的激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；采集拍频信号并进行降频处理；解调被降频后的拍频信号，并解调出二次谐波信号。
本申请存在的有益效果是：
本申请提供的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，能够免于使用价格昂贵、可选性小的中红外声光调制器，进一步简化装置的复杂度和降低成本，有利于中红外色散光谱技术的推广，且该装置具有普适性，不受光源波段限制。本申请通过波长调制实现对拍频信号相位的调制，通过二次解调提高系统信噪比，降低探测极限。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个或多个实施例提供的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置的结构示意图；
图2为本申请一个或多个实施例提供的基于波长调制的拍频信号的频率响应示意图，其中，(a)为降频后的拍频信号频率响应示意图，(b)为由第一锁相放大器输出的相位信号的频率响应示意图；
图3为本申请一个或多个实施例提供的利用二次解调得到的二次谐波信号结果图。
上述附图所涉及的标号明细如下：
1、信号发生器；2、激光控制器；3、三通偏置电路；4、半导体激光器；5、耦合透镜；6、气室；7、汇聚透镜；8、光电探测器；9、第一射频信号发生器；10、第二射频信号发生器；11、第一分束器；12、第二分束器；13、第一混频器；14、第二混频器；15、第一锁相放大器；16、第二锁相放大器；17、数据采集卡。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
正如背景技术中所记载的，目前，声光调制器的调制频率有限，无法达到色散光谱技术的最佳调制频率，同时可适用于中红外波段的声光调制器十分有限。为了探测中红外的强吸收谱线，可以采用外差相敏色散光谱技术(HPSDS)，然而，传统HPSDS探测灵敏度较低，不适于低浓度气体检测。
参见图1所示，为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本申请的一些实施例提供了一种基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，包括：光源模块、边带激发模块、探测模块、光电信号降频模块和信号解调模块；光源模块用于产生预设中心波长的激光，并对激光进行波长调制；边带激发模块被配置为使激光产生距离预设中心波长预设频率差的两个光学边带；探测模块被配置为检测具有两个光学边带的激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；光电信号降频模块被配置为采集拍频信号并进行降频处理；信号解调模块被配置为解调被降频后的拍频信号，并解调出二次谐波信号。
可以理解的是，通过光源模块可以实现对特定中心波长的红外激光的波长调制，通过边带激发模块可以实现高频强度调制以产生距离中心波长一定频率差的两个光学边带，用于实现外差相敏探测，通过探测模块可以将探测的光信号转换为电信号供光电信号降频模块处理，从而实现对色散相位信号的调制，并通过信号解调模块对探测的相位信号进行二次解调以提高系统信噪比，降低探测极限。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的光源模块包括：半导体激光器4和波长调制组件；半导体激光器4与波长调制组件连接，波长调制组件用于使半导体激光器4输出具有预设中心波长的激光。
在一些实施例中，光源模块使用的半导体激光器4可以为任意波段任意可以实施频率或者相位调制的激光器。
在一些实施例中，可通过高频调制半导体激光器4的注入电流实现光场强度的高频调制，不再受限于强度调制器件。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的波长调制组件包括激光控制器2和信号发生器1；激光控制器2用于控制半导体激光器4的电流和温度，以使半导体激光器4输出具有预设中心波长的激光；信号发生器1用于产生高频信号对半导体激光器4输出的激光的预设中心波长进行调制，以及产生低频信号对待测气体的吸收线进行波长扫描。
可以理解的是，半导体激光器4由激光控制器2驱动，通过激光控制器2将半导体激光器4的温度持续控制在某一固定值，同时输出一个包含直流偏置信号、调制信号的工作电流信号给半导体激光器4，而扫描及调制电流经信号发生器1产生。
本申请的一些实施例中的高频信号为正弦波电流信号，低频信号为三角波扫描信号。半导体激光器4由激光控制器2控制其工作电流和温度后输出具有某一中心波长的激光，并通过产生于信号发生器1的正弦波电流信号对中心波长进行调制，同时由信号发生器1产生低频三角波扫描信号对吸收线进行波长扫描。其中，三角波扫描信号频率低于正弦波电流信号频率。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的边带激发模块包括第一射频信号发生器9，第一射频信号发生器9产生的射频信号输入光源模块，对光源模块进行高频强度调制，以使光源模块输出的激光的预设中心波长的两侧产生光学边带。
在一些实施例中，由第一射频信号发生器9产生的兆赫兹级射频信号输入光源模块中的半导体激光器4，对半导体激光器4进行高频强度调制，半导体激光器4发出的激光中心波长两侧分别产生光学边带。
可以通过调节第一射频信号发生器9产生的射频信号频率寻找最佳操作频率，提高信噪比。
在一些可选实施例中，边带激发模块中，产生光学边带所用的第一射频信号发生器9也可以替换为具有高调制频率的声光调制器，并需适用于该光源波长范围。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的边带激发模块还包括偏置电路，第一射频信号发生器9通过偏置电路与光源模块连接。
在一些实施例中，偏置电路为三通偏置电路3，第一射频信号发生器9产生的兆赫兹级射频信号通过三通偏置电路3的射频输入口输入半导体激光器4，对半导体激光器4进行高频强度调制，半导体激光器4发出的激光的中心波长两侧产生光学边带。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的光电信号降频模块包括：第二射频信号发生器10、第一分束器11、第二分束器12、第一混频器13和第二混频器14；第一分束器11与第一射频信号发生器9连接，第一射频信号发生器9的射频信号经过第一分束器11分为第一射频信号和第二射频信号；第二分束器12与第二射频信号发生器10连接，第二射频信号发生器10的射频信号经第二分束器12分为第三射频信号和第四射频信号；其中，第一射频信号与第三射频信号进入第一混频器13进行降频，探测模块产生的拍频信号与第四射频信号输入第二混频器14进行降频；第一射频信号发生器9输入光源模块的射频信号为第二射频信号。
具体地，第一分束器11的输入端与第一射频信号发生器9连接，第一分束器11的两个输出端分别与第一混频器13、光源模块连接；第二分束器12的输入端与第二射频信号发生器10连接，第二分束器12的两个输出端分别与第一混频器13、第二混频器14连接。第二射频信号发生器10产生与第一射频信号发生器9具有一定微小频率差的正弦波信号，由第一射频信号发生器9和第二射频信号发生器10产生的两个正弦波信号分别经过第一分束器11和第二分束器12进行信号分束，形成第一射频信号、第二射频信号、第三射频信号和第四射频信号，其中，第一射频信号与第三射频信号进入第一混频器13进行混频，达到降频目的，而由光电探测器8探测的拍频信号与第二射频信号发生器10经过分束后的第四射频信号输入第二混频器14进行混频，达到降频目的，得到降频后的拍频信号频率响应图如图2中(a)所示；而第二射频信号发生器10经过分束后的第二射频信号通过三通偏置电路3的射频输入口输入半导体激光器4。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的信号解调模块包括：第一锁相放大器15、第二锁相放大器16和数据采集卡17；第一混频器13输出的电信号作为第一参考信号，第二混频器14输出的电信号作为第一输入信号，第一参考信号和第一输入信号输入第一锁相放大器15进行相位解调；第一锁相放大器15输出的相位信号作为第二输入信号，信号发生器1输出的电信号作为第二参考信号，第二参考信号和第二输入信号输入第二锁相放大器16，进行二次谐波解调，解调出的二次谐波信号由数据采集卡17进行数据采集。
具体地，第一锁相放大器15的两个输入端分别与第一混频器13、第二混频器14连接，第二锁相放大器16的两个输入端分别与第一锁相放大器15的输出端、信号发生器1连接，第二锁相放大器16的输出端与数据采集卡17连接。由第一混频器13输出的电信号作为第一参考信号，由第二混频器14输出的电信号作为第一输入信号，通过第一参考信号和第一输入信号输入第一锁相放大器15进行相位解调，由第一锁相放大器15输出的相位信号的频率响应如图2中(b)所示；由第一锁相放大器15输出的相位信号作为第二输入信号，信号发生器1输出的电信号作为第二参考信号，通过第二输入信号和第二参考信号输入第二锁相放大器16，进行二次谐波解调，解调出的二次谐波信号由数据采集卡17进行数据采集，所得到的二次谐波信号如图3所示。
在一些可选实施例中，信号解调模块中使用第一锁相放大器15和第二锁相放大器16进行相位解调的操作，可以替换为使用射频频谱分析仪以实现频率解调。
在一些可选实施例中，信号发生器1的硬件设施可由程序替换，与信号解调模块集成在一个计算机端的程序中，数据输入输出经数据采集卡17实现，锁定程序由计算机实现，可移植和修改。
参见图1所示，本申请的一些实施例中的探测模块包括：耦合透镜5、气室6、汇聚透镜7和光电探测器8，气室6用于存储待测气体，气室6设置于耦合透镜5和汇聚透镜7之间，耦合透镜5设置于光源模块的出光侧，光电探测器8设置于汇聚透镜7的出光侧；具有两个光学边带的激光经过耦合透镜5耦合进入气室6并出射，由气室6出射的透射光经汇聚透镜7汇聚至光电探测器8，并由光电探测器8转换为拍频信号。
具体地，由半导体激光器4发出的准直激光经过耦合透镜5耦合进入气室6，由气室6出射的激光经汇聚透镜7汇聚至光电探测器8，基于光电探测器8的平方律检测原理，中心波长的光信号分别与两个光学边带产生拍频信号，产生的拍频信号的合波相位包含气体分子信息，光电探测器8探测的光信号转换为电信号供后续光电信号降频模块处理。
其中，探测模块中的光电探测器8，可以进一步提高带宽，以实现在上述最佳操作频率(即第一射频信号发生器9产生的射频信号频率中的最佳操作频率)的测量，从而使得信号最大化。
根据本申请的另一个方面，提供了一种波长调制色散光谱探测方法，应用于上述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，包括：输出预设中心波长的激光，并对激光进行波长调制；使激光产生距离预设中心波长预设频率差的两个光学边带；检测具有两个光学边带的激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；采集拍频信号并进行降频处理；解调被降频后的拍频信号，并解调出二次谐波信号。
应用上述技术方案对待测气体色散光谱探测，可以通过波长调制实现对拍频信号相位的调制，通过二次解调提高系统信噪比，降低探测极限。
综上，实施本实施例提供的提供了基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法，至少具有以下有益技术效果：免于使用价格昂贵、可选性小的中红外声光调制器，进一步简化装置的复杂度和降低成本，有利于中红外色散光谱技术的推广，且该方法具有普适性，不受光源波段限制；通过正弦波调制激光波长，实现对色散相位信号的调制，并对探测的相位信号进行二次解调提高系统信噪比，降低探测极限。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，包括：光源模块、边带激发模块、探测模块、光电信号降频模块和信号解调模块；
所述光源模块用于产生预设中心波长的激光，并对所述激光进行波长调制；
所述边带激发模块被配置为使所述激光产生距离所述预设中心波长预设频率差的两个光学边带；
所述探测模块被配置为检测具有两个所述光学边带的所述激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；
所述光电信号降频模块被配置为采集所述拍频信号并进行降频处理；
所述信号解调模块被配置为解调被降频后的所述拍频信号，并解调出二次谐波信号。
2.根据权利要求1所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述光源模块包括：半导体激光器(4)和波长调制组件；
所述半导体激光器(4)与所述波长调制组件连接，所述波长调制组件用于使所述半导体激光器(4)输出具有所述预设中心波长的所述激光。
3.根据权利要求2所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述波长调制组件包括激光控制器(2)和信号发生器(1)；所述激光控制器(2)用于控制所述半导体激光器(4)的电流和温度，以使所述半导体激光器(4)输出具有所述预设中心波长的所述激光；
所述信号发生器(1)用于产生高频信号对所述半导体激光器(4)输出的所述激光的所述预设中心波长进行调制，以及产生低频信号对所述待测气体的吸收线进行波长扫描。
4.根据权利要求3所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述高频信号为正弦波电流信号，所述低频信号为三角波扫描信号。
5.根据权利要求1所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述边带激发模块包括第一射频信号发生器(9)，所述第一射频信号发生器(9)产生的射频信号输入所述光源模块，对所述光源模块进行高频强度调制，以使所述光源模块输出的所述激光的所述预设中心波长的两侧产生所述光学边带。
6.根据权利要求5所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述边带激发模块还包括偏置电路，所述第一射频信号发生器(9)通过所述偏置电路与所述光源模块连接。
7.根据权利要求6所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述光电信号降频模块包括：第二射频信号发生器(10)、第一分束器(11)、第二分束器(12)、第一混频器(13)和第二混频器(14)；
所述第一分束器(11)与所述第一射频信号发生器(9)连接，所述第一射频信号发生器(9)的射频信号经过所述第一分束器(11)分为第一射频信号和第二射频信号；
所述第二分束器(12)与所述第二射频信号发生器(10)连接，所述第二射频信号发生器(10)的射频信号经所述第二分束器(12)分为第三射频信号和第四射频信号；
其中，所述第一射频信号与所述第三射频信号进入所述第一混频器(13)进行降频，所述探测模块产生的所述拍频信号与所述第四射频信号输入所述第二混频器(14)进行降频；
所述第一射频信号发生器(9)输入所述光源模块的射频信号为所述第二射频信号。
8.根据权利要求7所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述信号解调模块包括：第一锁相放大器(15)、第二锁相放大器(16)和数据采集卡(17)；
所述第一混频器(13)输出的电信号作为第一参考信号，所述第二混频器(14)输出的电信号作为第一输入信号，所述第一参考信号和所述第一输入信号输入所述第一锁相放大器(15)进行相位解调；
所述第一锁相放大器(15)输出的相位信号作为第二输入信号，所述信号发生器(1)输出的电信号作为第二参考信号，所述第二参考信号和所述第二输入信号输入所述第二锁相放大器(16)，进行二次谐波解调，解调出的二次谐波信号由所述数据采集卡(17)进行数据采集。
9.根据权利要求1所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，其特征在于，所述探测模块包括：耦合透镜(5)、气室(6)、汇聚透镜(7)和光电探测器(8)，所述气室(6)用于存储所述待测气体，所述气室(6)设置于所述耦合透镜(5)和汇聚透镜(7)之间，所述耦合透镜(5)设置于所述光源模块的出光侧，所述光电探测器(8)设置于所述汇聚透镜(7)的出光侧；
具有两个所述光学边带的所述激光经过耦合透镜(5)耦合进入所述气室(6)并出射，由所述气室(6)出射的所述透射光经所述汇聚透镜(7)汇聚至所述光电探测器(8)，并由所述光电探测器(8)转换为所述拍频信号。
10.一种波长调制色散光谱探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9任一项所述的基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置，包括：
输出预设中心波长的激光，并对所述激光进行波长调制；
使所述激光产生距离所述预设中心波长预设频率差的两个光学边带；
检测具有两个所述光学边带的所述激光通过待测气体后的透射光以产生拍频信号；
采集所述拍频信号并进行降频处理；
解调被降频后的所述拍频信号，并解调出二次谐波信号。
CN202210673255.9A 2022-06-15 2022-06-15 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法 Pending CN115144367A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210673255.9A CN115144367A (zh) 2022-06-15 2022-06-15 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法
PCT/CN2023/096609 WO2023241336A1 (zh) 2022-06-15 2023-05-26 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210673255.9A CN115144367A (zh) 2022-06-15 2022-06-15 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115144367A true CN115144367A (zh) 2022-10-04

Family

ID=83408658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210673255.9A Pending CN115144367A (zh) 2022-06-15 2022-06-15 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115144367A (zh)
WO (1) WO2023241336A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023241336A1 (zh) * 2022-06-15 2023-12-21 香港中文大学深圳研究院 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5111468A (en) * 1990-10-15 1992-05-05 International Business Machines Corporation Diode laser frequency doubling using nonlinear crystal resonator with electronic resonance locking
JP6604580B2 (ja) * 2016-08-26 2019-11-13 日本電信電話株式会社 周波数安定化レーザ
CN111380834A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种被动红外激光探测方法及装置
CN110174058B (zh) * 2019-06-06 2020-06-23 浙江理工大学 动态偏频锁定式正弦频率扫描干涉绝对测距装置和方法
CN111721732B (zh) * 2020-06-03 2023-05-12 华东师范大学 基于多光梳系统测量气体红外多维光谱的装置及工作方法
CN114136921A (zh) * 2021-06-23 2022-03-04 华东师范大学重庆研究院 一种基于声光移频锁频技术的激光光声光谱气体检测装置及方法
CN115144367A (zh) * 2022-06-15 2022-10-04 香港中文大学深圳研究院 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023241336A1 (zh) * 2022-06-15 2023-12-21 香港中文大学深圳研究院 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023241336A1 (zh) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11408768B2 (en) Terahertz spectroscopy system and method
Carlisle et al. Quantum noise-limited FM spectroscopy with a lead-salt diode laser
US7781736B2 (en) Terahertz frequency domain spectrometer with controllable phase shift
US7535005B2 (en) Pulsed terahertz spectrometer
US6348683B1 (en) Quasi-optical transceiver having an antenna with time varying voltage
WO2023241336A1 (zh) 基于外差相敏探测的波长调制色散光谱装置及探测方法
KR102443656B1 (ko) 준-주파수 변조를 이용하여 거리를 측정하는 실리콘 위상배열 기반 라이다 장치
CN112730315B (zh) 一种高分辨率太赫兹近场光谱测试系统
CN110186567B (zh) 一种光子混频太赫兹光谱仪
CN111504911A (zh) 一种基于稳频激光光声光谱的气体检测系统及方法
JP3114959B2 (ja) ガス濃度検出方法及びその装置
CN111380834A (zh) 一种被动红外激光探测方法及装置
CN111474802A (zh) 一种同时产生压缩态光场以及纠缠态光场的装置
AU2011200753A1 (en) System and method for magnitude and phase retrieval by path modulation
Yang et al. Robust photonic terahertz vector imaging scheme using an optical frequency comb
Sun et al. Dual-wavelength light source assisted frequency response measurement method of photodetectors
Tian et al. Microwave photonic sensor based on optical sideband processing with linear frequency-modulated pulse
Tonder et al. A compact THz quasi TDS system for mobile scenarios
CN113933586B (zh) 一种光电探测器的频率响应测试装置及方法
Xie et al. Suppressed-carrier large-dynamic-range heterodyned microwave fiber-optic link
WO2023212860A1 (zh) 太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列系统、方法、存储介质
CN113568000B (zh) 一种基于克莱默-克朗尼格关系的太赫兹成像系统
CN116430128A (zh) 基于移频扫描的未知高功率高频微波电场测量方法及装置
CN221037672U (zh) 一种扫频拼接的中远红外混频探测系统
KR102101921B1 (ko) 연속 테라헤르츠파 발생장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination