差频产生中红外光源系统特性研究开题报告
2021-12-23 09:12
全文总字数：2735字
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
随着社会经济的发展和人们对高品质生活的不断追求，大气环境对人类健康和安全的影响愈来愈受到重视。研究表明，雾霾、温室效应、酸雨等等现象的形成都与大气中痕量气体的浓度有关。大气中的痕量气体主要包括： 二氧化碳(co2)、甲醛(ch4)、一氧化碳(co)、氮氧化物等，它们的浓度主要在ppt-ppm量级范围内，并且浓度年变化量非常小。因此，精确测量这些痕量气体成分对大气污染监测及治理非常重要。利用3μm-5μm中红外激光的吸收光谱技术可实现气体种类、浓度等信息的高灵敏度检测与分析，在环境监测领域具有极其重要的应用。传统的中红外波段激光器有Ⅳ-Ⅵ族化合物材料制作的铅盐半导体激光器、量子级联激光器等，但由于受到工作条件及工作方式的限制，难以满足小型化实用环境监测仪器的需要。因此，如何获得室温下工作的新型小型化中红外光源一直是人们长期的研究热点。基于准相位匹配(qpm)技术差频产生中红外光源，具有结构简单、室温运转、无阈值限制以及线宽窄等优势，已成为光谱检测应用的首选光源。
本论文正是基于目前国家生态文明建设，深入实施大气污染防治行动的大背景，通过对差频转换物理过程的深入研究，设计了一种基于ppln晶体的差频产生中红外光源系统，可应用于高灵敏度光谱检测等方面。因此，本毕业设计所研究的内容在促进科学研究与技术进步、为经济社会发展提供技术储备等方面具有及其重要的意义。
国内外研究现状
国外对差频产生中红外光源的研究起步较早，自1974年 pine等人首次将差频技术( dfg)获得的中红外光源应用到高分辨率光谱研究，基于各类激光器和非线性晶体的中红外dfg光源不断涌现。1993年，simon等人首次利用两台室温工作的 690 nm和808 nm半导体激光器得到了波长4.7 μm 差频激光输出，但获得的3nw输出功率无法应用到高分辨激光光谱测量。1995年，goldberg等人把周期极化铌酸锂（ppln）晶体作为dfg混频元件，利用它高效、宽带和准相位匹配等特点，获得0.5 mw连续可调谐的中红外激光输出功率，通过调谐激光器波长，中红外激光输出范围为2.5-5.5μm。自此以后，差频光源以其宽广的调谐范围、良好的光束特性成为ft-ir光谱计、铅盐半导体激光器的具有吸引力的替代光源。
2. 研究的基本内容
本文通过对三波耦合方程和准相位匹配（QPM）理论的研究，分析了差频转换物理过程，设计了一种基于PPLN晶体的的差频产生中红外光源系统。在此基础上，测试与分析DFG系统的输出性能，为痕量气体的高灵敏度检测奠定基础。
3. 实施方案、进度安排及预期效果
第1周 初步分析课题，搜集相关资料；
第2周 初步设计研究的总体方案，并对其进行分析比较；
第3-4周 完善设计方案，熟悉实验仪器；
4. 参考文献
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