[實(shí)用新型]一種寬波段可調(diào)諧光腔衰蕩光譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720130609.X
• 申請(qǐng)日: 2017-02-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206459958U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王煒罡;李坤;李俊玲;葛茂發(fā);張文玉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/39
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/39
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,劉美麗

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型是關(guān)于一種寬波段可調(diào)諧光腔衰蕩光譜儀，涉及大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光腔衰蕩光譜是一種高靈敏的光譜檢測(cè)手段，廣泛應(yīng)用于大氣中痕量氣體濃度和氣溶膠消光特性的檢測(cè)。在特定波長(zhǎng)下，它可以根據(jù)氣體的特征吸收檢測(cè)氣體的濃度，此外，在得知顆粒物的粒徑和濃度后，也可應(yīng)用于檢測(cè)氣溶膠的消光截面和折射率等參數(shù)。光腔衰蕩光譜技術(shù)作為一種全新的、高靈敏的激光光譜技術(shù)，與傳統(tǒng)吸收光譜中探測(cè)透射光強(qiáng)度的變化不同，光腔衰蕩光譜測(cè)定的對(duì)象是光腔內(nèi)光強(qiáng)衰減的速度。光在諧振腔內(nèi)的強(qiáng)度隨時(shí)間呈現(xiàn)自然指數(shù)衰減。對(duì)于一個(gè)給定的諧振腔，在一定的激光頻率下，衰蕩時(shí)間為一個(gè)定值。它只與諧振腔的腔長(zhǎng)、高反鏡的反射率和腔內(nèi)介質(zhì)的損耗有關(guān)，與入射光初始光強(qiáng)無(wú)關(guān)。這就避免了傳統(tǒng)吸收光譜中光源光強(qiáng)波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。更為重要的是，由于光束在諧振腔內(nèi)往返震蕩，大大提高了光程。作為一種可提供長(zhǎng)光程，對(duì)激光穩(wěn)定性要求低，無(wú)需校準(zhǔn)的絕對(duì)方法，光腔衰蕩光譜無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室研究以及外場(chǎng)觀測(cè)都得到了廣泛應(yīng)用。

但是，目前所使用的光腔衰蕩光譜多為單波長(zhǎng)或覆蓋很窄的波段，限制了它的廣泛應(yīng)用。單波長(zhǎng)最多只能用于檢測(cè)一種痕量氣體，而且只能給出該波長(zhǎng)下氣溶膠的消光系數(shù)，無(wú)法給出寬波段范圍內(nèi)氣溶膠光學(xué)性質(zhì)的光譜分辨。然而，太陽(yáng)光的波譜范圍寬廣，不同波段下氣溶膠的光學(xué)性質(zhì)卻不盡相同，比如在紫外波段，很多有機(jī)氣溶膠存在光吸收。另外，大部分氣溶膠的折射率與波長(zhǎng)相關(guān)，因此，覆蓋寬波段的光腔衰蕩光譜具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠在350～870nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的氣溶膠光學(xué)性質(zhì)的高靈敏檢測(cè)的寬波段可調(diào)諧的光腔衰蕩光譜。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：一種寬波段可調(diào)諧光腔衰蕩光譜儀，其特征在于，該光腔衰蕩光譜儀包括寬波段可調(diào)諧激光光源、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光路自動(dòng)切換系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔陣列和光強(qiáng)檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述寬波段可調(diào)諧激光光源用于實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)下激光的輸出；所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于對(duì)不同波長(zhǎng)激光光強(qiáng)進(jìn)行均一；所述光路自動(dòng)切換系統(tǒng)用于使得經(jīng)所述寬波段可調(diào)諧激光光源輸出的各種波長(zhǎng)的激光均能發(fā)射到相對(duì)應(yīng)某個(gè)波長(zhǎng)范圍的所述光學(xué)諧振腔陣列內(nèi)的光學(xué)諧振腔中；所述光強(qiáng)檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于接收和記錄經(jīng)所述光學(xué)諧振腔陣列出射的激光，同時(shí)記錄經(jīng)所述寬波段可調(diào)諧激光光源輸出的激光波長(zhǎng)。

優(yōu)選地，所述寬波段可調(diào)諧激光光源包括激光器、光參量振蕩器和控制器，所述激光器將產(chǎn)生的泵浦激光發(fā)送到所述光參量振蕩器，所述控制器根據(jù)試驗(yàn)所需波長(zhǎng)控制所述光參量振蕩器內(nèi)的晶體和棱鏡自動(dòng)轉(zhuǎn)到指定位置實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)的選擇性輸出，同時(shí)所述控制器將所選擇的波長(zhǎng)信息發(fā)送到所述光強(qiáng)檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器內(nèi)進(jìn)行記錄，經(jīng)所述光參量振蕩器輸出的某一波長(zhǎng)的激光發(fā)射到所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，當(dāng)所述光參量振蕩器輸出的激光為紫外光時(shí)，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一光闌和一連續(xù)可調(diào)型中性密度濾波片，經(jīng)所述光參量振蕩器輸出的激光發(fā)送到所述光闌收縮光束，經(jīng)所述光闌出射的激光發(fā)射到所述光學(xué)諧振腔。

優(yōu)選地，當(dāng)所述光參量振蕩器輸出的激光為可見(jiàn)光或紅外光時(shí)，所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)光路包括一反射型中性密度濾波片、一光闌和一連續(xù)可調(diào)型中性密度濾波片，經(jīng)所述光參量振蕩器輸出的激光先經(jīng)所述反射型中性密度濾波片將光強(qiáng)進(jìn)行一次衰減，經(jīng)所述反射型中性密度濾波片出射光經(jīng)所述光闌收縮光束后再經(jīng)所述連續(xù)可調(diào)型中性密度濾波片調(diào)節(jié)光強(qiáng)發(fā)射到所述光路自動(dòng)切換系統(tǒng)。

優(yōu)選地，所述光路自動(dòng)切換系統(tǒng)包括若干電動(dòng)升降光路反射鏡，每一所述電動(dòng)升降光路反射鏡均通過(guò)一升降鏡架支撐固定，每一所述升降鏡架均通過(guò)一電纜電連接所述控制器，所述升降鏡架內(nèi)置馬達(dá)，經(jīng)所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的激光反射到某一所述升降光路反射鏡，所述控制器通過(guò)控制所述電纜調(diào)節(jié)相應(yīng)所述升降鏡架的降落或升起，從而使激光經(jīng)某一電動(dòng)升降光路反射鏡反射進(jìn)入相應(yīng)的光學(xué)諧振腔。

優(yōu)選地，所述光學(xué)諧振腔陣列包括若干縱向平行間隔設(shè)置的光學(xué)諧振腔，若干不同的所述光學(xué)諧振腔的兩端固定設(shè)置有若干組不同波長(zhǎng)的高反射鏡片，每一所述光學(xué)諧振腔的腔體兩端固定設(shè)置有用于放置所述高反射鏡的可調(diào)高反鏡架，位于兩所述高反射鏡的一側(cè)下部別設(shè)置有吹掃氣流管用于進(jìn)入吹掃氣流對(duì)所述高反射鏡進(jìn)行吹掃，對(duì)應(yīng)所述高反射鏡的位置，所述光學(xué)諧振腔上還分別設(shè)置有光腔進(jìn)氣口和光腔出氣口，所述光學(xué)諧振腔體內(nèi)部?jī)蓚?cè)還設(shè)置有隔離模塊。