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用于大气二氧化碳探测的高功率激光光源研究

作　者: 程杰
导　师: 傅焰峰
学　校: 武汉邮电科学研究院
专　业: 通信与信息系统
关键词: 差分吸收大气CO2探测 SLED 可调谐激光器光纤放大器
分类号: TN958.98
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 36次
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内容摘要

近几十年来，在科技的高速发展和社会不断进步的同时，人类活动也给大自然造成了巨大的压力，大量温室气体和污染气体的无节制排放使得大气中相关气体的含量急剧增加，而温室气体，特别是二氧化碳的大量增加，会对全球气候产生重要影响。我国现在处于经济快速发展时期，二氧化碳排放量逐年增加，面对发达国家制定的碳排放标准，承受了很大的压力。因此，如何精确测量大气中二氧化碳浓度的变化情况成为目前各主要国家相关科学研究的重点。目前主流的大气二氧化碳探测技术是差分吸收技术，这种技术具有激光发射功率高，探测回波信号强，受大气散射影响小等优点。但是，传统的差分吸收激光技术的发射系统多采用一对窄线宽激光光源，针对二氧化碳吸收谱线上吸收效果最明显的波段进行探测，而不能够测量多个二氧化碳吸收谱线上的数据点，这样无法有效去除气压、温度，以及其它大气气体成分（比如氧气）对二氧化碳浓度测量的影响。本文提出了两种改进的发射系统方案，分别以SLED和可调谐激光器作为发射系统的种子源，并辅以L波段光纤放大器进行放大，都达到覆盖二氧化碳主要吸收谱线进行多个波段高精度探测的效果，为差分吸收激光雷达提供了新的视角，具有一定的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-11
  1.1 本论文的研究背景  7-8
  1.2 国内外发展现状  8-10
  1.3 本论文的主要内容和结构  10-11
第2章大气 CO_2激光雷达的探测原理  11-22
  2.1 差分吸收激光雷达  11-16
    2.1.1 差分吸收基本原理  11-12
    2.1.2 差分吸收激光雷达 CO_2浓度的计算和精度分析  12-15
    2.1.3 差分吸收激光雷达性能分析  15-16
  2.2 基于宽光源的发射系统方案  16-18
    2.2.1 宽光源探测 CO_2激光雷达原理  17
    2.2.2 宽光源 CO_2探测激光雷达结构  17-18
  2.3 基于可调谐激光器的发射系统方案  18-21
  2.4 小结  21-22
第3章用于大气 CO_2探测的激光光源原理  22-39
  3.1 宽带 SLED 原理和结构  22-30
    3.1.1 SLED 原理和特性  22-25
    3.1.2 SLED 常见结构  25-29
    3.1.3 量子阱 SLED  29-30
  3.2 L 波段光纤放大器的设计  30-36
    3.2.1 光纤放大器原理  30-32
    3.2.2 L 波段光纤放大器的理论模型  32-36
  3.3 可调谐半导体激光器原理  36-38
    3.3.1 外腔可调谐激光器基本原理  36-38
  3.4 小结  38-39
第4章用于大气 CO_2探测的激光光源设计  39-48
  4.1 SLED 的设计  39-42
    4.1.1 1572nmSLED 结构设计  39-41
    4.1.2 SLED 稳定性设计  41-42
  4.2 L 波段光纤放大器的设计  42-44
  4.3 窄线宽可调谐光源的设计  44-47
    4.3.1 MEMS 技术  45
    4.3.2 外腔可调谐激光器结构设计  45-47
  4.4 小结  47-48
第5章用于大气 CO_2探测的激光雷达发射系统的实验研究  48-58
  5.1 发射系统种子光源的实验研究及结果  48-54
    5.1.1 SLED 宽带种子源性能指标及测试结果  48-50
    5.1.2 TLS 性能指标和测试结果  50-54
  5.2 L 波段光纤放大器性能指标和测试结果  54-57
    5.2.1 光纤放大器性能指标  54-55
    5.2.2 测试过程  55-57
  5.3 小结  57-58
第6章总结和展望  58-60
参考文献  60-62
致谢  62-63
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文  63-64
附录 2 主要英文缩写对照表  64

用于大气二氧化碳探测的高功率激光光源研究

内容摘要

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