[发明专利]基于波长调制的气体吸收谱线线宽和线型系数的测量方法

权利要求书

1.基于波长调制的气体吸收谱线线宽和线型系数的测量方法，其特征是该方法包括如下步骤：

1)用流量计控制待测气体的浓度X，用压力传感器(5)和温度传感器(6)分别测量气体介质的压强P和温度T；

2）根据待测气体种类，从HITRAN光谱数据库中选取待测气体的特征谱线，确定气体特征谱线的中心频率υ₀、线强度S(T)、自身加宽系数γ_self和空气加宽系数γ_air；

3)以可调谐半导体激光器(3)为光源，用激光控制器(2)控制可调谐半导体激光器(3)的输出频率稳定在中心频率υ₀处；

4)将锁相放大器(1)产生的高频正弦信号输入到激光控制器(2)，以调制可调谐半导体激光器(3)的输出频率；

5)将可调谐半导体激光器(3)输出的激光经准直后射入气体介质(10)中，透射光强由光电探测器(9)接收并转换为电信号，再输入到锁相放大器(1)中进行二次和四次谐波检测，得到在特征谱线中心频率υ₀处二次和四次谐波比值R₂₄：

式中，S_2f和S_4f分别是二次和四次谐波信号；a为调制幅度；θ∈[-π，π]；(υ)为气体吸收线型函数，用福伊特线型函数表示，由线宽δ_V及线型系数ξ决定，线宽δ_V是特征谱线半高宽的一半，线型系数ξ∈[-1，1]；

6)从式(1)中看出，R₂₄仅与调制幅度a和气体吸收线型函数有关；定义调制系数m=a/δ_V，对式(1)进行仿真计算得到一组恒过定点的曲线簇：不管线型系数ξ如何变化，随着调制系数m的增大，R₂₄值单调减小且恒过一个不动点O，O点的坐标为：

m*=2.4926R24*=2.1865---(2)]]>

7)根据式(2)的不动点，在实验中调节调制幅度a，使得R₂₄=R₂₄^*，则调制系数为m^*，根据调制系数的定义即得到特征谱线的线宽δ_V=a/m^*=a/2.4926；

8)对于同一次实验，线宽不变，因此当减小调制幅度a时，得到在较小调制系数m时的R₂₄，根据R₂₄与m的关系确定线型系数ξ。