【摘 要】
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痕量气体检测具有广泛的应用,在环境监测、痕量爆炸性化合物测量、呼吸诊断、工业生产过程的控制、优化燃烧过程并减少污染排放等领域均有出色的表现。光致热弹光谱检测（light-induced thermoelastic spectroscopy,LITES）技术作为一种新兴的痕量气体检测技术,凭借结构紧凑、探测灵敏度高等优势逐渐成为研究热点。但在LITES技术中,为提高气体吸收强度需要设计使用多光程池,
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痕量气体检测具有广泛的应用,在环境监测、痕量爆炸性化合物测量、呼吸诊断、工业生产过程的控制、优化燃烧过程并减少污染排放等领域均有出色的表现。光致热弹光谱检测（light-induced thermoelastic spectroscopy,LITES）技术作为一种新兴的痕量气体检测技术,凭借结构紧凑、探测灵敏度高等优势逐渐成为研究热点。但在LITES技术中,为提高气体吸收强度需要设计使用多光程池,而这将会导致体积庞大、组件繁多、稳定性差等问题。因此,本文提出基于空芯光纤作吸收池的LITES技术,在增加光程吸收的同时可以有效地解决上述问题。首先,本文对LITES的原理进行了详细的理论阐述,其中涉及到了吸收定律、石英音叉、波长调制等内容。同时还对本文中涉及到空芯光纤,进行导光原理的有限元仿真计算,并在后文的光耦合效率部分进行了理论推导与仿真研究,为后续的实验奠定了理论基础。其次,采用光子带隙型空芯光纤（hollow core photonic bandgap fiber,HC-PBGF）作为吸收池,对于HC-PBGF,实验以乙炔（C2H2）为目标气体,选用其在6534.37 cm-1处的吸收线,搭建了探测系统,最后得到了1417 ppm的最小探测极限,随后采用小音叉进行了相对应的噪声分析,探讨了系统的主要噪声来源于光纤内部的模式干涉。最后,由于反谐振空芯光纤（hollow-core anti-resonant fiber,HC-ARF）特殊的环状设计对于噪声有良好的抑制效果,因此基于HC-ARF搭建了以C2H2为目标气体的探测系统,在同样的实验条件下得到了4.75 ppm的探测极限,而后为了进一步验证系统的探测性能,更换了目标气体,对一氧化碳（CO）进行了探测,选择其在6377.4 cm-1处的吸收线,最终获得了1704 ppm的最小探测极限,验证了基于HC-ARF对噪声的良好抑制效果。
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