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实验22 光调制法测量光速从17世纪70年代伽利略第一次尝试测量光速以来，各个时期人们都采用当时最先进的技术来测量光速。
1983年，国际计量局召开第七次米定义咨询委员会和第八次单位咨询委员会决定，以光在真空中1/299792458 s的时间内所传播的距离为长度单位米（m），这样光速的精确值被定义为c = 299 792 458 m/s。
光在真空中的传播速度是一个极其重要的基本物理常量，许多物理概念和物理量都与它有密切的联系。
例如，光谱学中的里德堡常数，电子学中真空磁导率与真空电导率之间的关系，普朗克黑体辐射公式中的第一辐射常数、第二辐射常数，质子、中子、电子等基本粒子的质量等常数都与光速c相关。
正因为如此，许多科学工作者都致力于提高光速测量精度的研究。
【实验目的】1．了解和掌握光调制的基本原理和技术；2．学习使用示波器测量同频正弦信号相位差的方法；3．测量光在空气中的速度。
【预备问题】1．光波的波长、频率及速度是如何定义的？2．能否对光的频率进行绝对测量？为什么？3．等相位测量波长法与等距离测波长法，哪一种方法有较高的测量精度？【实验仪器】光速测量仪，示波器等。
光速测量仪的介绍见本实验附录22-A。
【实验原理】1．利用波长和频率测速度按照物理学定义，任何波的波长λ是一个周期内波传播的距离。
波的频率f是1 s内发生了多少次周期振动，用波长乘以频率得1 s内波传播的距离即波速为=（22-1）c fλ利用这种方法，很容易测得声波的传播速度。
但直接用来测量光波的传播速度还存在很多技术上的困难，主要是光的频率高达1014Hz，目前的光电接收器无法响应频率如此高的光强变化，迄今仅能响应频率在108 Hz左右的光强变化并产生相应的光电流频率。
2．利用调制波波长和频率测光的速度如果直接测量河中水流的速度有困难，可以采用如下方法：周期性地向河中投放小木块，投入频率为f，再设法测量出相邻两小木块间的距离λ，则依据式（22-1）即可算出水流的速度。
基于 TDLAS的扫描式激光甲烷检测技术在天然气站场的实践运用摘要：介绍了激光式甲烷检测技术的相关原理，并与其它传统甲烷检测技术相比较，可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)以其响应速度快、灵敏度高、维护成本低等优点必将得到广泛应用；并对扫描式激光甲烷检测仪在某天然气分输站的实际应用效果进行了分析。
关键词：TDLAS 天然气站场泄漏监测光谱吸收实际应用分析1概述管道输气是天然气的主要运输方式，天然气管道运输将是今后相当长时间内国家能源发展战略，而输气站场是整个管输天然气系统的枢纽，由于目前我国大多数输气管道站场工艺区为露天、敞开区域，天然气泄漏后难以及时发现，因此为燃气站场提供稳定灵敏、准确实时的天然气泄漏检测技术十分重要。
近几年来，随着窄线宽半导体激光器技术的飞速发展，使得可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS- Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)甲烷检测技术逐步成熟。
该技术对天然气泄漏检测技术的发展具有重要意义，比较传统天然气泄漏检测技术性能更优越，更能满足对无人站智能监测的需要。
2基于TDLAS的激光甲烷检测技术2.1 与传统检测技术的比较到目前为止，己有许多技术可实现甲烷检测。
检测方法可分成传统检测方法和光谱吸收检测方法。
基于技术原理的不同，传统的检测方式又可细分为催化燃烧型、电化学型和非色散红外型（NDIR）等。
催化燃烧型：催化燃烧型传感器主要由桥式电路和气敏元件组成，具体原理是甲烷和空气中的氧气受催化发生氧化反应，在检测元件敏感体表面无焰燃烧，释放热量导致敏感体温度升高，检测元件阻值因此发生改变，桥式电路失去平衡产生电流，通过测量该电流信号即可判定检测气体的浓度。
基于该技术的甲烷检测仪具有结构简单、价格便宜、只对可燃气体有反应不受非可燃气体干扰，而且输出信号接近线性，易于处理。
但该技术也存在在可燃气体范围内，无气体选择性，且有引燃爆炸的风险，检测精度一般检测范围窄，且高浓度甲烷和硫化物会对传感器产生中毒作用从而使检测仪失效因此需要经常性标定，易出现零漂和灵敏度漂移的情况。
序号科研热词推荐指数序号科研热词
1自平衡探测21自平衡激光接收器
2最小二乘法22数字锁定放大器
3二次谐波探测23微弱信号
4高温测量14预混平面火焰
5线强15近红外吸收光谱技术
6离散化方法16燃烧诊断
7瓦斯17激光吸收光谱
8灵敏度18温度测量
9激光吸收光谱19浓度测量
10波长调制光谱110数据采集
11气体温度分布测量111数据处理
12检测系统112归一化光强
13时分复用113开放式长光程光路
14开放光路气室114开放光程
15吸收光谱115定量分析
16可调谐激光吸收光谱技术116多线程
17可调谐激光二极管吸收光谱学117可调谐半导体激光吸收光谱(
18可调谐半导体激光吸收光谱118可调谐二极管激光器(tdl)
19可调谐半导体吸收光谱119可调谐二极管激光吸收光谱(
20可调谐二极管激光吸收光谱120光谱数据库
21光纤传感技术121二氧化碳
22二次谐波122tdlas
23voigt 线型函数1
24co浓度1
2008年2009年
TDLAS技术1 光谱学基本概念 (1)2 光谱的线型函数及谱线加宽 (2)3 甲烷的吸收谱线 (5)4 TDLAS技术原理 (5)6 基于TDLAS的气体检测 (8)可调谐激光二极管的分类及特性 (8)6.2残余调制光强对气体吸收光谱线型的影响 (10)1 光谱学基本概念光谱学是光学的一个分支学科，它主要研究各种物质光谱的产生及其同物质之间的相互作用。
光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。
对光谱最早的研究是牛顿进行的色散实验，他通过玻璃棱镜把太阳光分解成从红光到紫光各种颜色的光谱。
其后夫琅和费也观察到了光谱线。
根据研究光谱方法的不同，把它分为发射光谱学、吸收光谱学和散射光谱学：发射光谱可以分为三种不同类别的光谱：线状光谱、带状光谱和连续光谱。
线状光谱主要产生于原子，带状光谱主要产生于分子，连续光谱则主要产生于白炽的固体或气体放电。
吸收光谱的范围很广，大约从10纳米到1000微米。
在200纳米到800纳米的光谱范围内，可以观测到固体、液体和溶液的吸收。
这些吸收有的是连续的，称为一般吸收光谱；有的显示出一个或多个吸收带，称为选择吸收光谱。
在散射光谱学中，喇曼光谱学是最为普遍的光谱学技术。
当光通过物质时，除了光的透射和吸收外，还观测到光的散射。
在散射光中除了包括原来入射光的频率外，还包括一些新的频率。
这种产生新频率的散射称为喇曼散射，其光谱称为喇曼光谱。
从喇曼光谱中可以得到分子振动能级与转动能级结构的知识。
根据光谱学的理论，每种原子都有其自身的一系列分立的能态，每一能态都有一定的能量。
把氢原子光谱的最小能量定为最低能量，这个能态称为基态，相应的能级称为基能级。
当原子以某种方式从基态提升到较高的能态上时，原子的内部能量增加了，原子就会把这种多余的能量以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱，反之就产生吸收光谱。
这种原子能态的变化不是连续的，而是量子性的，称之为原子能级之间的跃迁。
实验⼀声光调制实验解析实验⼀声光调制实验早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。
60年代激光器的问世为声光衍射现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应⽤研究的迅速发展。
声光效应为控制激光束的频率、⽅向和强度提供了⼀个有效的⼿段。
利⽤声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等⽅⾯有着重要应⽤。
声光效应已⼴泛应⽤于声学、光学和光电⼦学。
近年来，随着声光技术的不断发展，⼈们已⼴泛地开始采⽤声光器件在激光腔内进⾏锁膜或作为连续器件的Q 开关。
由于声光器件具有输⼊电压低驱动功率⼩、温度稳定性好、能承受较⼤光功率、光学系统简单、响应时间快、控制⽅便等优点，加之新⼀代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满⾜⼯业、科学、军事等⽅⾯的需求。
⼀、实验⽬的1、掌握声光调制的基本原理。
2、了解声光器件的⼯作原理。
3、了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。
4、观察布拉格声光衍射现象。
⼆、实验原理（⼀）声光调制的物理基础1、弹光效应若有⼀超声波通过某种均匀介质，介质材料在外⼒作⽤下发⽣形变，分⼦间因相互作⽤⼒发⽣改变⽽产⽣相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度⼤的地⽅折射率⼤，密度⼩的地⽅折射率⼩，即介质折射率发⽣周期性改变。
这种由于外⼒作⽤⽽引起折射率变化的现象称为弹光效应。
弹光效应存在于⼀切物质。
2、声光栅当声波通过介质传播时，介质就会产⽣和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的相位。
这部分受扰动的介质等效为⼀个“相位光栅”。
其光栅常数就是声波波长λs ，这种光栅称为超声光栅。
声波在介质中传播时，有⾏波和驻波两种形式。
特点是⾏波形成的超声光栅的栅⾯在空间是移动的，⽽驻波场形成的超声光栅栅⾯是驻⽴不动的。
当超声波传播到声光晶体时，它由⼀端传向另⼀端。
到达另⼀端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，⽽在声光晶体中形成⾏波。
