[發明專利]用于TDLAS多種氣體同時檢測的激光合束器

無效

• 申請號: 201310600565.9
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103604773A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 趙鵬;李野;陶俊;于長睿
• 申請（專利權）人: 長春理工大學;長春云野光電科技有限責任公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種用于TDLAS多種氣體同時檢測的激光合束器，采用該激光合束器能夠實現多種氣體同時檢測，由同一臺激光氣體檢測裝置根據不同氣體的分子吸收譜線不同，同時采用不同波長的激光檢測，屬于激光氣體檢測技術領域。

背景技術

在氣體光譜吸收領域，TDLAS（tunable?diode?laser?absorption?spectroscopy，可調諧半導體激光吸收光譜技術）能夠實現多種氣體同時檢測。該技術由若干個中心波長不同的DFB激光器（分布反饋激光器）構成組成式多波長光源，由該組合式多波長光源發射的多路檢測激光經波分復用器合束后，由池前多模光纖將合束檢測激光自入光口導入裝有被檢氣體的氣體池，合束檢測激光在氣體池中經多次反射后自出光口射出，再由池后多模光纖導向探測器，探測器將各種氣體吸收譜線光信號轉換為電信號，經過前放和鎖相放大器，獲得氣體吸收信號的一次和二次諧波，最后利用諧波強度實現氣體濃度的測量。其中，如何使多路檢測激光同時通過氣體池，由同一臺激光氣體檢測裝置完成不同氣體的同時檢測，成為多種氣體同時檢測的一種核心技術。

所述現有技術利用波分復用器將多路激光耦合進一根單芯多模光纖，該光纖通向氣體池。

然而，上述方法在實現多種氣體同時檢測時存在以下幾種缺陷：

1、多路不同波長檢測激光通過波分復用器后，都會發生不同程度的衰減，而且，被耦合的波長不同的激光束數越多，衰減也就越嚴重；

2、波分復用器的適用波長范圍較窄，這是由于目前很難有在較大波長范圍內均適用的透反膜，所以，現有波分復用器工作區間為1310～1610nm，而許多氣體的檢測激光中心波長大于1610nm，如CH₄氣體1654nm，HCl氣體1742nm，NO氣體1800nm/2650nm，CO₂氣體2004nm/2680nm，N₂O氣體2257nm，C₃H₈氣體3370nm，因此，所述波分復用器并不能適合這些氣體分析的需要；

3、應用于氣體檢測領域的波分復用器需要定制，且造價高。

使多路激光同時通過氣體池的另一種方法是多芯光纖束的應用。將每路激光分別導入與其對應的纖芯中，再將多芯光纖束通向氣體池。同樣，用多芯光纖束實現多種氣體同時檢測也存在其缺陷：

1、在多芯光纖束出射光的成像光斑是由各個小光斑組成，小光斑之間光學獨立；

2、出射光橫截面光強分布分散、不均，且光束發散角較大，這樣就導致對光纖束出射光的準直和聚焦的難度加大，這就要求氣體池長度要短，探測器探測面積要大，而氣體池長度短導致光程短，檢測激光與被檢氣體作用輕，檢測靈敏度低，檢測精度下降；探測器探測面積大導致探測器造價高。

發明內容

為了提供一種現有波分復用器、多芯光纖束的替代技術，使在采用不同波長激光實現多種氣體同時檢測的過程中，減輕衰減、擴大適用波長范圍、降低合束部件造價、氣體池具有應有的長度、使用通常尺寸探測面積的探測器，我們發明了一種用于TDLAS多種氣體同時檢測的激光合束器。

本發明之用于TDLAS多種氣體同時檢測的激光合束器其特征在于，如圖1所示，具有多路入射光纖1，每一路入射光纖1出射端接一個準直鏡2，入射光纖1為單芯單模光纖；多路入射光纖1的多個準直鏡2彼此平行的光軸與凹球面反射鏡3光軸平行，所述多個準直鏡2的彼此平行的光軸還與凹球面反射鏡3的反射面相交；出射光纖4的入射端面位于凹球面反射鏡3的反射面焦點F，且與凹球面反射鏡3光軸垂直，出射光纖4為單芯多模光纖；凹球面反射鏡3數值孔徑小于出射光纖4的數值孔徑。