通過光纖傳輸的多物種、高分辨率中紅外光譜

具有中紅外寬帶輸出的光學參量振蕩器 (OPO) 因其良好的光束質量、寬帶寬和高亮度而非常適合作為高分辨率、高靈敏度多物種紅外光譜的光源。 諸如大氣傳感之類的光譜學應用通常需要在長達千米的開放路徑上進行遠程傳輸，而光纖傳輸則需要用于難以接近的環境，例如管道或反應容器。在這里，我們探索了一種靈活、易于使用、高分辨率的技術，用于在包含窄吸收和寬吸收特征的雜亂景觀中進行遠程隔離或光纖傳輸的多物種光譜。我們通過光纖傳輸OPO光對水、甲烷、甲醇和乙醇胺(MEA) 濃度進行定量、高分辨率 (≈0.033 cm-1) 時間分辨測量。 這表明出于健康和安全原因對封閉環境中的危險化學品進行監測。

方法

OPO光在耦合到傳輸光纖之前通過邁克爾遜干涉儀。 干涉圖記錄在光纖之前和 10.5 m赫里奧特單元之后。 該單元連接到一個閉環空氣輸送系統，可以將化學物質注入其中以模擬空氣質量的變化。 該單元和空氣輸送系統也可以加熱。

Chromacity近紅外 OPO

• 良好的光束質量：高分辨率、長光程

• 高亮度：長光程，高靈敏度

• 寬帶寬：同時探測多個物種

• 可調范圍為 1.4 – 4 μm

光譜擬合

擬合算法是一種全局優化，其中照明光譜被建模為多點樣條曲線，并與所有參與氣體種類的數據庫光譜共同優化以獲得它們的濃度。 對于具有線狀吸收特征的物種，這意味著可以在不需要參考光譜的情況下進行基線校正。為了在具有廣泛吸收特征的情況下提高準確性，參考檢測器光譜與僅充滿環境空氣的單元的自由安裝包絡之比構成傳遞函數。 對于存在其他化學物質的后續測量，可以通過將參考檢測器光譜乘以該傳遞函數來檢索光譜包絡。

結果

使用平均 64 個光譜的設置，甲烷和 MEA 的檢測限分別為 290 ppb 和 890 ppb。 還探討了具有復雜光譜的其他物種（甲醇）對其他物種的檢測靈敏度的影響。 檢測靈敏度降低，但不會降低到壓倒性的程度，精度也可以很容易地量化，并顯示出對具有穩定濃度的物種進行平均的預期改進。

結論

1. 色度近紅外 OPO 是用于多物種紅外光譜的高性能且經濟實惠的光源。

2. 擬合算法能夠定量測量化學濃度，即使對于具有廣泛的類似連續吸收的物種也是如此。

3. 在這種情況下，通過光纖實現了光的遠程傳輸，但也可以通過開放路徑實現。

4. 檢測靈敏度和精度可滿足相關環境監測規范。