基于中空波导光纤的CO₂气体传感器稳定性的研究

作者：张倩倩; 吴涛; 孙城林; 叶谌雯; 王梦宇; 范乐康; 刘洋; 何兴道

来源：光学学报, 2021, 41(15): 227-234.

• 传感器
• 激光吸收光谱
• 稳频技术
• 谐波技术
• 二氧化碳

激光器受到诸如热波动和机械振动等低频因素扰动时会发生激光波长漂移和光强波动,进而会影响系统的测量精度。使用波长为2.73μm的分布式反馈（DFB）激光器作为探测光源,搭建一套基于中空波导光纤的CO2气体传感系统,该系统采用CO2的三次谐波吸收信号（3f）来实现激光器的稳频,再利用谐波信号来反演CO2的浓度。实验中对标准CO2气体进行长时间测量,分别利用二次谐波（2f）、稳频条件下的二次谐波（2f-lock）、二次谐波比一次谐波（2f/1f）、稳频条件下二次谐波比一次谐波（2f/1f-lock）4种测量方法对系统进行分析。2f-lock条件下得到的系统测量精度为0.001255,比2f条件下的提高了2.4倍;2f/1f-lock条件下得到的系统测量精度为0.00138,比2f/1f条件下的提高了2.34倍。2f/1f-lock方法得到的系统稳定时间最长,为210 s,探测极限最低,为4.24×10-5。综合分析,2f/1f-lock是4种方法中最优的。在2f/1f-lock条件下,对测得的数据进行Kalman滤波,得到滤波后系统的测量精度为0.0002786,相较于未滤波前提高了4.95倍。

• 单位
  南昌航空大学