[發明專利]連續鎖模近場光腔衰蕩光譜分析裝置

無效

• 申請號: 200810061918.1
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101294894A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 高秀敏;王健
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01J3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種光譜分析裝置，特別是一種連續鎖模近場光腔衰蕩光譜分析裝置。主要用于流體、薄膜、界面、納米物質等形態物質的痕量濃度測試。

技術背景

在環境分析、生命科學、醫學醫療、國防安全、先進制造工業等許多領域存在大量的物質痕量測量需求，并且對痕量物質檢測靈敏度的要求越來越高。腔衰蕩光譜分析技術由于具有檢測靈敏度高、絕對測量、選擇性好等優點，成為痕量物質測量技術發展趨勢之一。腔衰蕩光譜分析技術多用來分析痕量氣體濃度和組分，近些年來，研究者也將腔衰蕩光譜分析技術應用于流體物質分析?，F有技術中，有一種腔衰蕩光譜分析系統(參見美國專利“Cavity?ring?down?arrangement?for?non-cavityfiling?samples”，專利號：US6,452,680B1)。該腔衰蕩光譜分析系統具有相當的優點，但是，仍然存在一些不足：1)該腔衰蕩光譜分析系統中采用線型精細腔結構，激光在高精細度腔內形成光學駐波，導致光強分布不均，以及光束入射端腔鏡的反射光易對激光器產生干擾；2)該測試系統中，激光與腔耦合效率低，激光束初次入射高精細度腔鏡時發生透射和反射，透射光在高精細度腔內發生往返傳播，光能利用率低，光電探測器探測此透射到腔內光束通過某一腔鏡的出的射激光能量衰蕩變化，光能量很低，要求探測器具有高探測靈敏度，對系統光電檢測部分提出高要求；3)只能用來測試分析流體物質，不能對薄膜、界面、納米物質等形態物質的痕量濃度測試，對流體進行測量時，需要被檢測流體具有一定體積數量，對具有少量的被測流體無法進行檢測；4)該腔衰蕩光譜分析系統對高精細度腔系統結構的機械加工和定位要求高，結構復雜，激光束入射和出射樣品池時，為了使光能量在界面不出現損失，均要以布魯斯特角入射和出射，這樣就增加了樣品池機械定位要求和光束方向控制精度要求；5)該腔衰蕩光譜分析系統中的高精細度腔有兩個或多個高反射率反射鏡光學元件構成，結構復雜。

發明內容

本發明的目的在于針對上述在先技術的不足，提供一種連續鎖模近場光腔衰蕩光譜分析裝置，具有光學行波環形高精細度腔中光強分布均勻，反射光不易影響激光器性能，激光與高精細度腔實現連續鎖模，測量物質范圍廣泛，被測物質所需量少，系統構成簡單等特點。

本發明的基本構思是：將激光器出射光束分成具有不同偏振特性的兩束，一束偏振光經過光學調制與控制構成測量光束，另一束經過頻率調控形成鎖模光束，兩束光經過偏振分光鏡統一到同一路徑后，入射單一光學元件構成的環形高精細度腔，由于兩束光存在頻率和偏振差異，在腔內不存在耦合相干，出射光束經過偏振分光鏡分光，鎖模光束被探測后形成反饋信號經過分析處理單元控制移動部件，帶動環形高精細度腔與入射光束產生相對位移，從而確保入射光束與高精細度腔保持連續鎖模，出射的測量光束被另外探測器接受，形成衰蕩信號，實現痕量物質檢測；環形高精細度腔的內全反射點處形成光學近場檢測區，可對流體、生物芯片、顆粒物質等形態物質測試。

本發明的技術解決方案為：包括相干光源、入射偏振分光鏡、光束調制與控制器、頻率調控器、分析控制單元、光學行波高精細度腔、探測偏振分光鏡、鎖模探測器，信號探測器。光束整形隔離部件、入射偏振分光鏡和鎖模光束反射鏡依次置在相干光源的出射光束位置上。入射偏振分光鏡對s光反射，對p光透射，測量光束反射鏡設置在入射偏振分光鏡的出射s偏振態光束光路上。在測量光束反射鏡的反射光路上依次設置有光學行波高精細度腔和探測偏振分光鏡；合成偏振分光鏡設置在測量光束反射鏡和光學行波高精細度腔之間，位于測量光束反射鏡的反射光路與鎖模光束反射鏡的反射光路的交點處，測量光束反射鏡的反射光路與鎖模光束反射鏡的反射光路以合成偏振分光鏡的偏振分光面對稱。光束調制與控制器設置在測量光路上，頻率調控器設置在鎖模光路上；所述的測量光路為光通過入射偏振分光鏡、測量光束反射鏡和合成偏振分光鏡的路徑；所述的鎖模光路為光通過入射偏振分光鏡、鎖模光束反射鏡和合成偏振分光鏡的路徑。鎖模探測器設置在探測偏振分光鏡的透射光光路上，信號探測器設置在探測偏振分光鏡的反射光光路上。所述的光學行波高精細度腔為等腰三角形棱鏡或等腰梯形棱鏡，兩個腰為高反射率入射面和高反射率出射面、底面為內全反射面；移動部件與光學行波高精細度腔配合連接。相干光源、光束調制與控制器、頻率調控器、移動部件、鎖模探測器和信號探測器均與分析控制單元電連接。

所述的相干光源為半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器的一種。