CN1862248A - 实现圆形光环强度均匀化的方法及光纤扰模器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现差分吸收光谱仪中圆形光环强度均匀化的方法及光纤扰模器，对差分吸收光谱仪的望远镜与光谱仪之间的光纤中的一段通过具有凹凸面的工件进行挤压，使得光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑进入单色仪中。光纤扰模器，是将一段光纤夹于一对表面凹凸不平且相互吻合的夹板之间。根据光纤扰模效应，在光纤扰模器中，光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑。应用于差分吸收光谱仪，可以消除圆形光环对测量精度的影响，实现了降低系统剩余噪声，增加了探测精度，提高了探测下限。
Description
技术领域
本发明涉及一种差分吸收光谱仪，具体是一种使差分吸收光谱仪接收到的圆形光环均匀化的处理方法。
背景技术
差分吸收光谱(DOAS)技术是利用光线在大气中传输时，各种气体分子在紫外和可见波段的特征吸收光谱来反演其在大气中浓度的一种方法，差分吸收光谱仪主要包括：光源、接发一体的望远镜、角反射镜、石英光纤、光谱仪、光电二极管阵列(PDA)、数据采集系统和计算机等。望远镜与光谱仪之间通过光纤传输光信号。
系统中使用的是Cassegrain型望远镜，通过光路的另一端放置的角反射器将发射和接收设计成一体。为了实现望远镜的收发功能，将望远镜的主镜分为两部分使用。外环被用来作为发射使用，中间一部分是用来接收返回的光。由于望远镜内光学元件在光轴上的遮挡，因此，出射光斑不是一个满圆形，而是一个环状，当光线通过角反射器返回被望远镜接收到的也为光环，即测量大气时光纤传导的为光环。而当望远镜测灯时，图1中光阑转动，挡住灯射向望远镜主镜的光线，仅使光线通过光阑上的小孔和M1间的缝隙入射到光纤中，这时光纤传输的为圆形光斑。这样收发一体的望远镜设计就造成了测灯和测大气时光谱仪接收的光线结构不同。
PDA用于DOAS系统测量光谱的一个主要问题是存在像元间的个体差异这个原理性的缺点。差分吸收光谱法从大气痕量气体所产生的吸收线得到的差分光学密度在0.1％-0.001％的量级，尽管光电二极管阵列能够在一次读出同时记录下很宽的一段光谱而越来越被广泛用作DOAS探测器，但这一类型的光学多道分析仪在单元像元上的灵敏度差异却在1％的量级；此外，水汽和尘埃也导致产生PDA的固定结构。因此如何从测量的大气光谱中正确去除PDA的固定结构是非常重要的。对于较小光学密度的测量-低于像元与像元差异1-3个量级，像元与像元间的差异必须校准。对于DOAS仪器，在准确保持不变的照明下记录单独的像元的灵敏度参考谱是很困难的。到目前为止，有以下的方法用于修正PDA的固定结构：第一，参考光路在每次测量大气光谱后测量氙灯的光谱；第二，采用多通道扫描技术，这种方法的思想是将多道探测与扫描技术相结合。
在这里系统采用的第一种方法校正PDA像元间的差异，即用大气光谱除以相应的氙灯谱来移去PDA像元的固定结构。这种方法的实际灵敏度在很大程度上取决于单个像元的照明情况，即入射角度以及整个像元面的光强分布。但是在DOAS系统中，如前所述，由于参考光路与大气测量光路的不同，造成灯谱于大气谱结构不统一，因此，对于较小的吸收由于参考光谱与测量光谱之间像元灵敏度的不匹配而受到限制，两条光谱相除只移去了PDA像元的固定结构却带来了由于测量光路不同造成的剩余噪声。
发明内容
本发明的目的是为了解决圆形光环对测量精度的影响，提出一种实现差分吸收光谱仪中圆形光环强度均匀化的方法及光纤扰模器，使光纤中传递的光高阶模态混合，使输出的圆形光环变成强度均匀的圆形光斑。在差分吸收光谱系统中，可以实现降低系统剩余噪声，增加探测精度，提高探测下限。
本发明的技术方案如下：
实现差分吸收光谱仪中圆形光环强度均匀化的方法，差分吸收光谱仪包括光源、接发一体的望远镜、角反射镜、光纤、光谱仪、PDA、数据采集系统和计算机，其特征在于对光纤中的一段通过具有凹凸面的工件进行挤压，使得光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑进入单色仪中。
光纤扰模器，包括有光纤，其特征在于将一段光纤夹于一对凹凸不平且相互吻合的夹板之间。
所述的贴于光纤表面的夹板表面有塑料或橡胶保护层。
所述的夹板之间通过调整螺栓连接固定，调节螺栓与夹板之间设置有弹簧。
接收圆形光环的光纤进入光纤扰模器中，根据光纤扰模效应，在模式混合器中，光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑。
本发明的主要特点在于：
1、夹板中的光纤长度与可根据实际情况进行调整；
2、应用时，只需要增加光纤扰模器便可解决问题，对系统其它部分不需要变动或更改。
3、实现圆形光环强度的均匀化，应用于差分吸收光谱仪，可以消除圆形光环对测量精度的影响，实现了降低系统剩余噪声，增加了探测精度，提高了探测下限。
附图说明
图1是本发明光纤扰模器应用于差分吸收光谱仪中光纤传输示意图。
图2是本发明光纤扰模器结构示意图。
具体实施方式
参见图1。
实现差分吸收光谱仪中圆形光环强度均匀化的方法，差分吸收光谱仪包括光源、接发一体的望远镜、角反射镜、光纤、单色仪、光电倍增管探测器、数据采集系统和计算机，对光纤中的一段通过具有凹凸面的工件进行挤压，使得光纤中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑进入单色仪中。
参见图2。
本发明有上、下两层表面带凹凸结构金属夹板4、6，金属夹板4表面覆盖有一层塑料保护层5，金属夹板6表面覆盖有一层塑料保护层7，金属夹板4、6之间通过四个调整螺栓2以及调整弹簧3连接固定。光纤1被夹于塑料保护层5、7之间，金属夹板的凹凸结构是挤压光纤1使其发生扰模效应；塑料保护层5、7保护光纤防止折断；调整螺母3是调整施加在调整板上的压力，使扰模工作在最佳状态；而调整弹簧3是起保护作用的。
Claims (4)
1、实现差分吸收光谱仪中圆形光环强度均匀化的方法，差分吸收光谱仪包括光源、接发一体的望远镜、角反射镜、光纤、光谱仪、光电二极管阵列探测器、数据采集系统和计算机，其特征在于对光纤中的一段通过具有凹凸面的工件进行挤压，使得光纤中传输光信号中的高阶模进行混合，输出强度分布均匀的光斑进入单色仪中。
2、光纤扰模器，包括有光纤，其特征在于将一段光纤夹于一对表面凹凸不平且相互吻合的夹板之间。
3、根据权利要求2所述的光纤扰模器，其特征在于所述的贴于光纤表面的夹板表面有塑料或橡胶保护层。
4、根据权利要求2所述的光纤扰模器，其特征在于所述的夹板之间通过调整螺栓连接固定，调节螺栓与夹板之间设置有弹簧。
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