通过光纤传输的多物种、高分辨率中红外光谱

具有中红外宽带输出的光学参量振荡器 (OPO) 因其良好的光束质量、宽带宽和高亮度而非常适合作为高分辨率、高灵敏度多物种红外光谱的光源。 诸如大气传感之类的光谱学应用通常需要在长达千米的开放路径上进行远程传输，而光纤传输则需要用于难以接近的环境，例如管道或反应容器。在这里，我们探索了一种灵活、易于使用、高分辨率的技术，用于在包含窄吸收和宽吸收特征的杂乱景观中进行远程隔离或光纤传输的多物种光谱。我们通过光纤传输OPO光对水、甲烷、甲醇和乙醇胺(MEA) 浓度进行定量、高分辨率 (≈0.033 cm-1) 时间分辨测量。 这表明出于健康和安全原因对封闭环境中的危险化学品进行监测。

方法

OPO光在耦合到传输光纤之前通过迈克尔逊干涉仪。 干涉图记录在光纤之前和 10.5 m赫里奥特单元之后。 该单元连接到一个闭环空气输送系统，可以将化学物质注入其中以模拟空气质量的变化。 该单元和空气输送系统也可以加热。

Chromacity近红外 OPO

• 良好的光束质量：高分辨率、长光程

• 高亮度：长光程，高灵敏度

• 宽带宽：同时探测多个物种

• 可调范围为 1.4 – 4 µm

光谱拟合

拟合算法是一种全局优化，其中照明光谱被建模为多点样条曲线，并与所有参与气体种类的数据库光谱共同优化以获得它们的浓度。 对于具有线状吸收特征的物种，这意味着可以在不需要参考光谱的情况下进行基线校正。为了在具有广泛吸收特征的情况下提高准确性，参考检测器光谱与仅充满环境空气的单元的自由安装包络之比构成传递函数。 对于存在其他化学物质的后续测量，可以通过将参考检测器光谱乘以该传递函数来检索光谱包络。

结果

使用平均 64 个光谱的设置，甲烷和 MEA 的检测限分别为 290 ppb 和 890 ppb。 还探讨了具有复杂光谱的其他物种（甲醇）对其他物种的检测灵敏度的影响。 检测灵敏度降低，但不会降低到压倒性的程度，精度也可以很容易地量化，并显示出对具有稳定浓度的物种进行平均的预期改进。

结论

1. 色度近红外 OPO 是用于多物种红外光谱的高性能且经济实惠的光源。

2. 拟合算法能够定量测量化学浓度，即使对于具有广泛的类似连续吸收的物种也是如此。

3. 在这种情况下，通过光纤实现了光的远程传输，但也可以通过开放路径实现。

4. 检测灵敏度和精度可满足相关环境监测规范。