[发明专利]一种通过频率调制抑制光谱测量中干涉噪声的方法

摘要

一种通过频率调制抑制光谱测量中干涉噪声的方法，涉及光谱测量中干涉噪声的抑制。本发明解决现有光谱测量中干涉噪声的抑制方法存在的抑制效果差、结构复杂等技术问题。本发明的技术方案为：一种通过频率调制抑制光谱测量中干涉噪声的方法，采用频率调制的方法，选择合适的调制频率，当调制频率为自由光谱区的整数或半整数倍时，干涉噪声即可得到有效抑制。本发明只需选择合适的调制频率，无需额外增加其他元器件，就可在频率调制光谱抑制散粒噪声的同时，进一步抑制干涉噪声，提高系统的检测灵敏度。本发明现有技术相比，具有简单方便、干涉噪声抑制效果好等优点。

主权项

1.一种通过频率调制抑制光谱测量中干涉噪声的方法，其特征在于：包括以下步骤：1)窄线宽光源产生中心频率为ω_c的探测光，该探测光的光电场为：式中E₀为初始场强；2)探测光进入电光调制器，并通过电光调制器对探测光进行调制，所述电光调制器由射频发生器进行驱动，射频发生器发出频率为ω_m的调制信号施加到电光调制器上，当探测光经过电光调制器时即对探测光产生调制，调制频率为ω_m，被调制后的探测光的光电场为：其中M为调制系数，即调制后的探测光包含一个频率为ω_c的载波和频率分别为ω_c+ω_m和ω_c‑ω_m且幅度相等、相位相反的正、负一级边带；3)经调制后的探测光随后通过待测样品，设光与样品作用的有效光程为L，气体吸收系数为α，折射系数为η，α和η均与探测光频率有关，探测光通过样品池后的光电场可表示为：式中T_n＝exp(‑δ_n‑iφ_n)，δ_n＝α_nL/2为吸收项，描述幅值的衰减，φ_n＝η_nL(ω_c+nω_m)/c为色散项，表示各频率分量的相移，n＝‑1,0,1，分别对应频率ω_c‑ω_m、ω_c和ω_c+ω_m；4)最终光被探测器接收，打到探测器上的光强可表示为：而探测器输出电信号S(t)则正比于I₃(t)，因此当δ_n或φ_n不相等时就会产生拍频信号；式中同相分量cosω_mt项表示正负两边带的幅值差，而正交分量sinω_mt项则表示载波信号与两边带的相位差，在频率调制光谱条件下，ω_m相比于待测谱线线宽较大，通过扫描探测光波长ω_c或扫描调制频率ω_m，只有单个边带能对光谱信号进行探测；式中同相分量cosω_mt项正比于光谱吸收，正交分量sinω_mt项正比于光谱色散，此外如果调制系数M已知，那么△δ和△φ可以通过比较I₃(t)的直流分量和交流分量来获得。5)光学系统中的干涉噪声主要来源于相干光在光学元器件间的来回反射，可以近似地看作是Fabry‑Perot干涉系统在低反射率时的情况，根据Airy公式，将经过F‑P干涉仪后的透射光与入射光之间的关系改写为指数形式的衰减和相移可得其中式中R为F‑P干涉的反射率；6)将式(6)代入式(4)发现：当调制频率ω_m为干涉自由光谱区ω_FSR的整数倍或半整数倍时，即干涉噪声对两边带作用效果相同，干涉噪声会得到有效抑制。