美NIST升级激光“梳状”系统:现可测量所有主要温室气体

2021-07-05 16:59:39 信息来源:网络
  美国国家标准技术研究所(NIST)的研究人员升级了激光频率梳理器,同时测量了三种空气中的温室气体氧化亚氮、二氧化碳和水蒸气,以及主要的空气污染物臭氧和一氧化碳。结合早期版的沼气测量系统,NIST的双梳技术现在可以感知到所有四大温室气体,有助于理解和监测与气候变化相关的吸热气体的排放。
  最新的梳理系统也有助于评价城市空气质量。
  特制的光束在空气中追踪路径,NIST的设备可以正确测量宽激光谱中所有颜色吸收的光量来识别气体的特征。现在的应用包括检测石油和天然气装置的泄漏和测量牲畜的排放。与传统传感器相比,梳理系统可以测量更多的气体,而传统传感器只能在特定的位置取样。与使用其他光源的类似技术相比,该系统可以提供更高的精度和支持距离。
  在新论文中描述的最新进展将分析的光谱从近红外转移到中红外,可以识别更多不同的气体。据了解,较老的近红外梳式系统可以识别二氧化碳和沼气,但不能识别一氧化二氮、臭氧或一氧化碳。
  研究人员在600米和2公里长的往返路径上展示了新的系统。来自两个频率梳的光在光纤中结合,从位于科罗拉多州博尔德的NIST建筑顶部的望远镜传输。其中一束送到另一个建筑阳台的反射器上,另一束送到山的反射器上。梳形光反射到反射器上,回到原来的位置分析,确定空气中的气体。
  频梳是一种非常精确的标尺,可以精确测量光的颜色。每个梳子的牙齿对应不同的颜色。为了达到光谱的中红外,关键成分是经过特殊设计的晶体材料,称为周期极化铌酸锂,可以在两种颜色之间转换光。本实验的系统将一个梳子中的近红外光分为两个分支,利用特殊的光纤和功放对每个分支的频谱进行不同的扩展和平移,提高功率,在晶体中重新组合这些分支。这产生了低频(长波长)的红外线,这是两个分支的原始颜色之间的不同。
  该系统足够准确,可捕获所有测量气体的大气水平变化,与传统的一氧化碳和一氧化二氮点传感器结果一致。同时检测多种种气体的主要优点之一是能够测量其相关性。另外,过量的一氧化碳和二氧化碳的比例与类似的城市研究结果一致,但只是美国国家排放清单(NEI)预测水平的1/3左右。这些层面提供了测量汽车等排放源燃烧效率的方法。
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