图4-4 光路位置示意图 13

图4-5 光斑排列示意图 14

图4-6 Chernin池实物光斑图 14

图5-1 不同浓度的二氧化碳气体的二次谐波信号 15

图5-2 不同浓度二氧化碳二次谐波信号峰值与浓度拟合图 16

图5-3 大气中的二氧化碳二次谐波吸收谱线 17

1绪论

1.1课题研究背景

全球变暖是一种与自然相关的现象。因为我们知道随着人们生活水平的提高以及经济的蓬勃发展，虽然在一些方面，给人们带来了物质上等的享受，但是，就对环境的影响来说，危害是非常巨大的。我们所依靠的地球环境正在不断地被破坏。比如因为人们大量使用矿物燃料所产生的温室气体如二氧化碳,并且太阳辐射透射率高和地球长波辐射吸收率高，会导致人们常说的“温室效应”,导致全球气候变暖。全球平均气温经历了寒冷和温暖的两个时期。这些都是环境破坏所带来的影响，所以我们需要了解一些关于保护环境的方法，以此来缓解一下环境的问题。

一般来说，我们日常能够熟悉并且了解较多的有以下这些：二氧化碳气体、臭氧、甲烷等，还有一些其它温室气体。如我们日常使用空调产生的含氟的一些气体，这些气体也是导致全球变暖的原因所在。如果按照在全球升温中贡献的百分比来说，因为我们知道二氧化碳气体含量较多，所以导致它所占比例最大。我们知道，能量主要以光的形式传达到地球，并且一般来说大部分都被吸收了，而且同时会通过其它各种方式方法转化成热量。最后，热量再以红外辐射的形式，再从地球辐射出去。在大气层中氮和氧所占的比例是最高的，这两者在一些方面有着相同的特点，像它们都可以透过可见光和红外辐射。但是，二氧化碳气体对光辐射没有阻碍，就一方面来说来说它能吸收红外线，但是在另外一方面，却会阻挡红外线通过，形如温室的玻璃罩，能量可以进来，但是进来后，出去就十分困难了。由于二氧化碳气体具有这个特点，所以二氧化碳气体可以防止地表热量辐射到太空，这样的话，就是我们所知道的，它能使地球变暖。

所以二氧化碳气体作为一种主要的温室气体，如果能实时检测大气中二氧化碳气体气体的性质，对改善温室效应有很大帮助。一般来说，大气浓度1ppbv只在路径为10cm上产生10-7吸收，传统光谱测量不了小的吸收，但是TDLAS技术，却可以结合光学多道池来解决这些问题。目前就有很多调制光谱技术，采用半导体激光器被吸收线宽度调制，其范围从100Hz到2GHz。这些调制技术可以测量小于10-7的吸收，和线宽度仅为1Hz。结合波长调制技术和光学多道池，在大气中多种微量元素检测限可达到20pptv，人们一般想要了解的大气化学成分浓度大于1pptv，所以本系统结合光学多道池[1-2]检测大气痕量气体[3-5]的方法是一个很方便的方法，已广泛应用于大气科学领域等。

1.2课题研究现状与分析

随着激光技术的发展，激光光谱技术变得越来越重要。激光光谱主要分为吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱、高分辨激光光谱和时间分辨激光光谱。作为吸收光谱中的重要的一部分，可调谐半导体激光吸收光谱的组成主要包括可调谐半导体激光器等。目前来说，用于TDLAS技术的可调谐半导体激光器主要包括：法珀（Fabry-Perot）激光器、分布反馈式(DistributedFeedback)半导体激光器、分布布喇格反射（DistributedBraggReflector）激光器、垂直腔表面发射 长程吸收技术在大气探测中的应用(2):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205238.html