第 36 卷 第 2 期
2016 年 2 月
Vol. 36, No. 2
February, 2016
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0230002-
光电探测器特性在 TDLAS 气体检测中的影响
王 燕
1
张 锐
2,3
*
1
天津城建大学计算机与信息工程学院, 天津 300384
2
天津科技大学电子信息与自动化学院, 天津 300222
3
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
摘要 在应用可调谐二极管 激光吸收光谱(TDLAS)技术进行气 体检 测时，气体检测精度受系统各功能模 块性 能的
影响，针对这个问题研究了系统中光电探测器的输出电流噪声谱密度和响应度两种特性。推导出了探测器输出电
流表达式，得出了输出电流噪声谱密度特性与激光器相对强度噪声(RIN)有关的结论，并通过实验验证了 TDLAS 系
统中激光器 RIN 的存在。通过仿真，研究了 RIN 对探测器输出电流的影响，给出了不同条件时的电流噪声谱密度曲
线。 为避 免环 境温 度的 变化 影响 光电 探测 器响 应度 ，采用 一种 实时 校正 方法 ，给 出了 其原 理及 校正 公式 。以 氨气
为检测对象，运用该方法对氨气浓度曲线进行校正。
关键词 光谱学; 可调谐二极管激光吸收光谱; 光电探测器; 电流噪声谱密度特性; 响应度特性; 相对强度噪声
中图分类号 O443.4 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201636.0230002
Photo Detector Characteristics Effect on TDLAS Gas Detection
Wang Yan
1
Zhang Rui
2,3
1
School of Computer and Information Enginecring, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China
2
College of Electronic Information and Automation, Tianjin University of Science＆Technology, Tianjin 300222, China
3
College of Precision Instruments and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Abstract The precision of gas detection is affected by each function module performance of the system, when
tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) is applied in gas detection. So the output current noise spectral
density and the responsivity characteristics of photo detector are studied. The paper deduces the expression of the
output current of photo detector, and the conclusion that the current is related to laser relative intensity noise (RIN),
which exits in TDLAS experimental system. Effect of RIN on the output current of photo detector is studied by
simulation, and the curve of current noise spectral density on different conditions is given. To avoid the photo detector
responsivity being affected by ambient temperature, a real- time correction method is designed with the given
principle and formula. Taking ammonia gas as an example, the concentration curve is corrected by using the method.
Key words spectroscopy; tunable diode laser absorption spectroscopy; photo detector; current noise density
characteristic; responsivity characteristic; relative intensity noise
OCIS codes 300.6170; 300.6260; 200.4560
1 引 言
可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)是利用激光强度被待测气体吸收形成吸收光谱的原理进行气体检
测的一种技术
[1-6]
。它具有灵敏度高、选择 性好、实时、动态快速、多组分测 量等优点。 气体检测受系统中的
很多因素影响，一个因素是系统各功能模块的性能，其中光电探测器是 TDLAS 系统必不可少的组成部分，作
收稿日期: 2015-8-10; 收到修改稿日期: 2015-10-9
基金 项目: 国家科技支撑计划(2013BAD19B03)、天津 市应用基础与前沿技术研究计划(14JCYBJC22800)、天津市科技特派
员项目(15JCTPJC60800)
作者简介: 王 燕(1979—)，女，博士，主要从事光谱技术等方面的研究。E-mail：wangyanzr2014@sina.com
*通信联系人。E-mail：zhangrui@tust.edu.cn
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