[发明专利]一种基于无锁相双光梳吸收光谱的气体参数测量方法

权利要求书

1.一种基于无锁相双光梳吸收光谱的气体参数测量方法，其特征在于使用无锁相的双光梳作为气体参数测量的光源，且测量方法包含以下步骤：

步骤一、搭建光路并采集干涉信号：

光频梳101和102的重复频率分别为f_r1、f_r2(f_r1＞f_r2)，重频差f_rep＝f_r1-f_r2，光频梳101和102的载波包络相移频率f_ceo1、f_ceo2不锁定，两个光频梳通过2×2光纤耦合器耦合后分成光束A和光束B，光束A穿过参考光路，光束B穿过测量光路；参考光路中，光束A通过光学带通滤波器141直接耦合到光电探测器151，光电探测器151输出的电信号经低通滤波器161滤波后得到不包含吸收光谱信息的干涉信号S_ref，S_ref重复频率f_rep；测量光路中，光束B经过准直器121准直，穿过待测气体131后，通过光学带通滤波器142后耦合到光电探测器152，光电探测器152输出的电信号经低通滤波器162滤波后得到包含吸收光谱信息的干涉信号S_meas，S_meas重复频率f_rep；双光梳光源通过多外差干涉的方式将难以探测的光频信号映射到射频，为保证干涉信号的频率分量与光频分量一一对应，光学带通滤波器141和光学带通滤波器142的带宽不能超过低通滤波器161和低通滤波器162的带宽不能超过且光学带通滤波器141和光学带通滤波器142具有相同的中心波长λ和带宽Δλ，低通滤波器161和低通滤波器162具有相同的截止频率；利用数据采集卡171同步采集干涉信号S_ref、S_meas，信号采样率为f_r1，采集信号上传到计算机181进行后处理：

步骤二、提取干涉信号频谱抖动并予以补偿：

将干涉信号S_meas、S_ref按照重复频率f_rep和采样率f_r1分成N组S_meas(i)和S_ref(i)，i＝1，2，...，N；每组数据点数为计算测量光路干涉信号频谱I_meas(i)和参考光路干涉信号频谱I_ref(i)，提取频谱抖动并予以补偿，得到补偿后的测量光路干涉信号频谱I_meas，align(i)和参考光路干涉信号频谱I_ref，align(i)，i＝1，2，...，N；

步骤三、将对齐后的干涉信号频谱做平均以抑制强度噪声，测量光路得到平均频谱I_meas，ave，参考光路得到平均频谱I_ref，ave，并通过对数运算计算原始吸收光谱选取待测气体射频域的吸收谱α_meas(f)上的某一吸收峰，通过待测分子的光谱数据库查找该吸收峰对应的光谱跃迁频率，将射频域的吸收谱映射到光谱α_meas(v)；

步骤四、修正待测气体的吸收光谱，消除随波长变化的参考光路和测量光路的强度差异；

步骤五、利用修正的多光谱拟合算法计算气体参数。