[實用新型]一種用于檢測石英玻璃中羥基含量的光學組件

有效

• 申請號: 201420122004.2
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN203824905U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 周衛東;吳志偉
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 徐關壽;吳輝輝

技術領域

本實用新型涉及一種用于檢測石英玻璃中羥基含量的光學組件。

背景技術

石英玻璃因其高純、高透過率、熱穩定性好等一系列優良的物理和化學性質，廣泛地應用在新型電光源行業，比如鹵鎢燈、汞燈、汽車燈等等照明燈源的燈管。羥基是石英玻璃中的主要雜質，隨著石英玻璃中羥基含量的變化，石英玻璃的性能也發生變化，石英玻璃中的羥基，會影響燈的質量和使用壽命，羥基含量的多少是人們對光源用石英玻璃管特別關注的技術指標，如何準確地檢測石英玻璃中的羥基含量對于提高石英玻璃產品質量有著重要意義。

隨著羥基含量增加，石英玻璃的粘度、密度、折射率減小，紅外吸收、膨脹系數增加。石英玻璃也是通訊用光纖主要成分，由于玻璃中羥基的存在，它將對某些波長的紅外光波形成強烈的吸收，這對于光纖通訊中光學材料的選擇是非常重要的，光纖通訊產業中更需要嚴格控制纖芯中羥基的含量。

由于石英玻璃中的羥基在2.73μm處有吸收峰，當羥基含量越大，此處吸收值越大，峰型越典型。國家標準局《石英玻璃中羥基含量檢驗方法》的國家標準GB/T12442-90和美國通用電氣公司(GE公司)檢測方法，都采用紅外光譜法測量石英玻璃羥基的含量,目前這兩種檢測方法得到普遍認可，它們的理論基礎都是Beer-Lambert定律，技術上也類同，即通過測量石英玻璃中的羥基對波長為2.73μm光的吸收效應，根據石英玻璃中羥基含量與波長2.73μm處光吸收的線性關系進行定量檢測。這兩種方法通常能很好地檢測到石英玻璃中ppm量級的羥基含量，但無法實現更低濃度的石英玻璃中的羥基檢測，因此需要有靈敏度要高的羥基檢測技術。

另一方面，腔衰蕩（Cavity?Ringdown?Spectroscopy）光譜是一種近20年來快速發展的高靈敏微量氣體檢測技術。CRDS系統的核心是一個由一對同軸放置的具有高反射率鏡片組成的高Q值光學腔體，入射到腔體中的光被限制在腔體內來回反射，每次反射后光因被吸收和從反射鏡部分透過而減弱。在弱吸收時，由于反射率極高，光在腔體中的反射次數可達數千次，等效吸收光程增加幾千倍。腔體中光強度的衰減為單指數衰減，衰減速率通過對腔內光強度指數衰減曲線作非線性擬合而得到。根據光在腔中吸收介質存在(1/τ)和不存在吸收介質(1/τ₀)時的衰減速率差值正比于吸收介質的濃度，選擇適當吸收光波波長，在被測分子的光譜吸收截面σ也已被精確測定的條件下，則可以定量檢測出氣體樣品中微量分子的濃度或數密度，目前CRDS光譜技術通常用于氣體中微量成分的檢測。

發明內容

本實用新型根據實際需求，提出了一種用于檢測石英玻璃中羥基含量的光學組件。經檢索，目前還未見采用線偏振近紅外激光結合特殊設計的高Q值腔內吸收光譜對石英玻璃中羥基進行定量檢測的研究報道，也未發現與我們類似的高Q值腔內吸收光譜的光路設計。并與通常的CRDS光譜技術在腔的結構設計、光學設計、探測光源，以及應用對象等方面都明顯不同。

本實用新型的技術方案是：

一種用于檢測石英玻璃中羥基含量的光學組件，其特征在于所述光學組件包括一個依次排列的光耦合透鏡組、一個由一對球面寬帶反射鏡組成的高Q值光學腔和一個聚光透鏡，所述球面寬帶反射鏡平行不共軸設置，待檢測的石英玻璃片設置在該對球面寬帶反射鏡的中間。

所述光學組件包括一個脈沖激光發射器和一個設置在光耦合透鏡之前的光隔離器。

所述高Q值光學腔中的球面寬帶反射鏡對波長1.38μm和1.55μm的光反射率相同，且大于99.9%,兩個球面寬帶反射鏡鍍膜面球面曲率半徑R相等，且與腔光學長度L之間滿足關系式：0<(1-LR)2<1.]]>

所述待測的石英玻璃片置于高Q值光學腔的中央，石英玻璃片兩個表面的法線與反射鏡的軸線成布儒斯特角，兩個球面寬帶反射鏡軸線之間的距離s與待測的石英玻璃片的厚度d以及布儒斯特角α之間滿足關系式：式中β是光以布儒斯特角α入射石英玻璃片時的折射角。