激光吸收光谱仪中的激光操作点的优化制造技术

优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值。通过第一或第二激光参数调整激光装置发射的光的波长。所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，其测量来自所述激光装置的激光的强度。对于所述第一激光参数的多个值中的每一个：所述光强度检测器测量跨越第二激光参数值的范围获得的光强度，并且识别光强度量度中的极值和所述极值的峰位置。在所述第一激光参数的值内识别第一激光参数值的这样的范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势。将所述第一激光参数操作值设置成在所述识别的范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值的方法及设备。
技术介绍
激光吸收光谱测定(LAS)可以用于通过吸收光谱测定来评估气相的物质的浓度或数量。以及气相的不同原子和分子的数量的定量评估，LAS还可以用于基于相同分子的同位素分子的吸收进行同位素比测量。LAS的这种应用被称作同位素比光学光谱测定(IROS)。举例来说，可以评估CO2气体样本中的13C:12C和18O:16O同位素比。在LAS中，使激光源发出的光穿过有待分析的气体到达检测器，检测器测量接收到的激光的强度。跨越气体中的原子或分子物质的吸收峰扫描激光的波长。物质的吸收峰发生在物质吸收光所在的波长(峰位置)。特性峰位置(即，在特性波长下)的测量到的信号强度的降低可以指示特定物质的存在和/或浓度。在IROS的情况下，物质的每个同位素物具有至少一个特性峰位置。特性峰位置处的测量到的信号强度的降低可以指示存在特定同位素物，并且降低程度可以用于确定所述物质中的同位素物的浓度和/或同位素比。举例来说，CO2同位素分子12C16O16O、13C16O16O和12C18O16O在特定的波长下各自具有不同的吸收峰，这是因为量子机械旋转振动状态(即，每个同位素物吸收不同波长的光)的缘故。测量两个或更多个同位素分子的不同吸收峰可以用于确定CO2中的同位素比，例如13C:12C或18O:16O。LAS中使用的激光源可包括至少一个激光二极管。通过改变至少一个激光参数，可以变更或调谐从激光二极管发出的光的波长。因而，可以通过改变至少一个激光参数跨越一系列波长扫描从激光二极管发出的光的波长。激光参数可包括激光二极管温度和/或对激光二极管的注入电流，也被称为驱动电流。对于跨越物质的吸收峰扫描时激光被调谐到的每个波长，优选激光以单个光学频率操作(即，在任何单个时刻，激光以单个光学频率操作)。此外，还期望在跨越吸收峰扫描激光的波长时，持续地并且可预测地调谐(即，增加或减小)波长。实际上，由于跳模和/或多模的缘故，这一点是不可能的，如文献ILX光波，半导体激光器中的跳模(ILXLightwave,ModeHoppingInSemiconductorLasers)，应用指南#8(2005)中所解释，此文献在http://assets.newport.com/webDocuments-EN/images/AN08_Mode_Hopping_Laser_Diode_IX.PDF处可以获得。多模是激光二极管输出与不同谐振器模式相关联的多个光学频率的情况。跳模是激光二极管展现出与不同谐振器模式相关联的波长的突然的不可预测的跳变的情况。为了实现单频操作和连续的可预测的波长调谐，应当避免多模操作和不同谐振器模式之间切换所导致的波长的不连续性这两种情况。在激光吸收光谱仪的初始校准期间，可以记住这一点而设定由激光参数限定的激光二极管的操作点。通常，使用光谱分析器测量激光的波长并且判断激光二极管是否在单个光学频率下操作。通过如下方式产生激光参数图：改变激光参数、测量每个参数组合下的激光的波长、以及判断激光二极管在每个参数组合下是否在单个光学频率下操作。接着可识别激光参数图的稳定区域，并且将激光二极管的操作点(即，激光将在其附近操作的特定激光参数值)选择在激光参数图的稳定区域的中心里。然而，稳定区域可能会随着激光的时间变久而改变。因此，随时间，激光参数图上的稳定区域可以移动，使得激光二极管的操作点不再在稳定区域的中心里，并且可能朝向不连续部分和/或多模区域。如果在激光吸收光谱仪的操作期间发生这种情况，则在激光波长跨越物质的吸收峰而改变时，有时候激光可能不是在单个光学频率下操作和/或波长可能不是持续地并且可预测地调谐。这样可能会导致来自激光吸收光谱仪的测量值的误差和不准确性。因此，期望具有在稳定性方面重新优化被建构到激光吸收光谱仪中的激光的操作点的高效程序。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值的方法，其中通过调整激光装置的第一激光参数和第二激光参数中的任一个能改变从激光装置发射的激光的波长，并且其中所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，其被配置成测量从激光装置接收的激光的强度，所述方法包括：对于第一激光参数的多个值中的每一个：跨越第二激光参数的值范围(这可以是连续范围或邻接范围)获得在光强度检测器处接收到的光强度的量度；识别所述光强度的量度中的极值(例如，最大值或最小值)；以及；识别所述极值的峰位置；在所述第一激光参数的多个值内识别第一激光参数的值范围，对于所述值范围，随着第一激光参数的改变，识别的峰位置的改变存在连续趋势；以及将第一激光参数的操作值设置成在第一激光参数的识别的值范围内。因此，可以在激光吸收光谱仪的使用寿命期间的任何时间在稳定性方面优化激光装置的操作点。因此，随着激光装置的时间变久，可以调整它的最佳操作点以确保它保持在稳定的单频区域中，由此随时间保持来自激光吸收光谱仪的测量值的准确性。所述方法可以有规律地在激光吸收光谱仪上执行，其规律性可以由用户选择。举例来说，所述过程可以布置成一个月自动运行一次，或者比这个频率更大或更小。以此方式，随着激光装置的时间变久，激光装置的操作点可以自动维持在最佳值或者接近最佳值。优选地，所述第一激光参数的所述识别的值范围是第一激光参数的多个值内的第一激光参数的这样的值范围：对于所述值范围，随着第一激光参数的改变限定识别的峰位置的函数是连续函数。连续函数是这样的函数：对于所述函数，对函数的输入(在这种情况下是第一激光参数)的较小变化产生对函数的输出(在这种情况下是识别的峰位置)的较小变化。所述连续趋势可以是线性的、接近线性的，即，基本上线性的(例如，在容差值以内是线性的)连续趋势。优选地，所述识别的峰位置至少部分地基于第二激光参数的对应于识别的极值的值。在这种情况下，所述峰位置是第二激光参数的识别出极值所在的值。通过以此方式识别峰位置来确定绝对峰位置，与激光装置是否多模无关。替代地，峰位置可以指示相对波长，其中所述相对波长是相对于波长范围内的参考波长识别的极值处的激光波长，跨越所述波长范围，通过第二激光参数的值范围扫描激光。参考波长可以是波长范围的最大值或最小值。优选地，所述方法进一步包括：识别第一激光参数的多个值内的第一激光参数的值范围，对于所述值范围：随着第一激光参数的改变，识别的峰位置的改变存在连续趋势；并且识别的极值中的每一个的峰强度在阈值容差内是相同的。通过还考虑峰强度，可以识别多模，而无需标准具或知道关于激光吸收光谱仪的光谱窗的大小和位置的任何信息，这可能需要将识别的峰位置和对应的峰强度与样本气体的理论光谱比较。因此，可以更直接地识别多模区域。峰强度可以至少部分地基于峰高度和/或峰面积中的至少一个。举例来说，它可以是峰高度或峰面积，或者至少部分地从峰高度和/或峰面积中的至少一个导出的值。所述方法可进一步包括:识别所述第一激光参数的所述多个值内的所述第一激光参数的值范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势；并且第一激光参数的多个值中的每一个处的识别的极值的数目对应于极值的预期数目。预期数目的极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值的方法，其中通过调整所述激光装置的所述第一激光参数和第二激光参数，能改变从所述激光装置发射的激光的波长，并且其中所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，所述光强度检测器被配置成测量从所述激光装置接收的激光的强度，所述方法包括：对于所述第一激光参数的多个值中的每一个：跨越所述第二激光参数的值范围获得在所述光强度检测器处接收到的光强度的量度；识别所述光强度的量度中的极值；以及识别所述极值的峰位置；识别所述第一激光参数的所述多个值内的所述第一激光参数的值范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势；以及将所述第一激光参数的所述操作值设置在所述第一激光参数的所述识别的值范围内。

【技术特征摘要】
2015.09.02 GB 1515553.41.一种优化激光吸收光谱仪中的激光装置的第一激光参数的操作值的方法，其中通过调整所述激光装置的所述第一激光参数和第二激光参数，能改变从所述激光装置发射的激光的波长，并且其中所述激光吸收光谱仪包括光强度检测器，所述光强度检测器被配置成测量从所述激光装置接收的激光的强度，所述方法包括：对于所述第一激光参数的多个值中的每一个：跨越所述第二激光参数的值范围获得在所述光强度检测器处接收到的光强度的量度；识别所述光强度的量度中的极值；以及识别所述极值的峰位置；识别所述第一激光参数的所述多个值内的所述第一激光参数的值范围，对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势；以及将所述第一激光参数的所述操作值设置在所述第一激光参数的所述识别的值范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一激光参数的所述识别的值范围是所述第一激光参数的所述多个值内的所述第一激光参数的这样的值范围：对于所述值范围，随着所述第一激光参数的改变限定所述识别的峰位置的函数是连续函数。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述连续趋势是线性连续趋势。4.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其中所述识别的峰位置至少部分地基于所述第二激光参数的对应于所述识别的极值的值。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述识别的峰位置是所述第二激光参数的对应于所述识别的极值的所述值。6.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其进一步包括：在所述第一激光参数的所述多个值内识别所述第一激光参数的值范围，对于所述值范围：随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势；并且所述识别的极值中的每一个的峰强度在阈值容差内是相同的。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述峰强度至少部分地基于峰高度和/或峰面积中的至少一个。8.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其进一步包括：在所述第一激光参数的所述多个值内识别所述第一激光参数的值范围，对于所述值范围：随着所述第一激光参数的改变，所述识别的峰位置的改变存在连续趋势；并且所述第一激光参数的所述多个值中的每一个处的所识别的极值的数目对应于极值的预期数目。9.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其中所述极值是使用峰寻找算法识别的。10.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其中在所述第一激光参数的多个另外的值内识别所述第一激光参数的两个或更多个值范围，所述方法进一步包括：将所述第一激光参数的所述操作值设置成在所述第一激光参数的所述两个或更多个识别的值范围中的最大范围内。11.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其中将所述第一激光参数的所述操作值设置成距所述第一激光参数的所述识别的值范围的中心比距所述第一激光参数的所述识别的值范围的任一极限更近的值。12.根据权利要求1到10中任一项权利要求所述的方法，其中将所述第一激光参数的所述操作值设置成在所述第一激光参数的所述识别的值范围的所述中心的容差阈值内。13.根据在前的任一项权利要求所述的方法，其中所述激光装置包括激光二极管，并且其中：所述第一激光参数是所述激光二极管的温度，并且所述第二激光参数是所述激光二极管的注入电流；或者所述第一激光参数是所述激光二极管的注入电流，并且所述第二激光参数是所述激光二极管的温度。14.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·弗勒里希，E·瓦佩尔郝斯特，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE