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中红外DFG光源由于具有结构简单、调谐方便、室温运转以及无阈值限制等优点,因此在高灵敏度痕量气体检测领域有广泛而重要的应用。本文以1550nm波段可调谐DFB激光器和1060nm波段半导体激光器为基频光源,通过MgO:PPLN晶体的二阶非线性效应差频产生（DFG）中红外光源。在此基础上,构建了CH4气体直接吸收和二次谐波光谱检测系统,并通过扫描或调制1550nm波段可调谐DFB激光器的输出光波长,获得了标准浓度CH4气体分子在吸收峰3028.751cm-1处的吸收光谱和二次谐波检测信号。具体研究工作如下:1、首先介绍了CH4气体检测的背景和意义,概述了CH4气体常用的检测方法,比较和分析了几种常用检测方法的优点与不足。简要介绍了TDLAS气体检测技术的优点,详细分析了直接吸收检测技术与波长调制检测技术的国内外研究现状。2、从基本波动方程、耦合波方程出发,推导了三波混频方程组,进而得到中红外DFG三波混频方程组。介绍了DFG原理与QPM技术,研究了晶体的温度与波长色散特性、通过仿真研究了中红外DFG的温度与周期调谐特性。通过实验,DFG光源系统转换效率为1.246mW/W2,光源波动性小于4.6%。3、介绍了气体分子能级结构与吸收光谱、吸收线强与线型。通过仿真,系统研究了温度与压强对三种线型的影响。结果显示,Lorentz与Voigt线型的幅值受气压影响较小。Gauss线型的幅值受气压影响较大。三种线型幅度均受温度的影响即温度越高,吸收谱线的幅值越小。阐述了直接吸收检测与调制吸收检测技术及其原理。4、基于中红外DFG光源开展了CH4气体直接吸收实验研究,获得了CH4气体分子基频带3028.751cm-1处的吸收频谱。经计算透射率的理论值与实验值相对误差仅为2.29%。基于该试验进行了浓度反演、空间距离测量以及相应的误差分析。5、阐述了SR830锁相放大器内部结构和功能特点。设计并搭建了二次谐波检测平台,通过实验测量CH4气体并获得了二次谐波原始测量信号,再将原始测量信号进行背景扣除,并通过平滑滤波处理获得了二次谐波检测信号。