[發(fā)明專利]一種基于光學反饋的近紅外線性腔增強吸收光譜裝置

有效

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113008829B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 馬維光;周曉彬;趙剛;許非;賈鎖堂
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/25
• 代理公司: 太原申立德知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發(fā)明屬于激光光譜領域，具體涉及一種基于光學反饋的近紅外線性腔增強吸收光譜裝置。其中DFB激光器作為光源并固定在精密位移臺上，半導體激光控制器控制DFB激光器的溫度及電流，半導體激光控制器的激光輸出頻率由函數(shù)發(fā)生器掃描激光驅(qū)動電流來調(diào)諧，DFB激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過匹配透鏡、反射鏡、固定在壓電陶瓷的反射鏡、可調(diào)諧空間衰減器、雙鏡線性F?P腔，雙鏡線性F?P腔透射出的激光通過聚焦透鏡匯聚到銦鎵砷雪崩光電探測器后通過高速數(shù)據(jù)采集卡送入計算機，使用LabView程序記錄并處理腔模信號。該裝置使用時通過調(diào)節(jié)反饋相位使得第一束腔前鏡反射光不產(chǎn)生光學反饋，從而實現(xiàn)氣體的高靈敏檢測。

技術領域

本發(fā)明屬于激光光譜領域，具體涉及一種基于光學反饋的近紅外線性腔增強吸收光譜裝置。

背景技術

隨著人類社會的進步和科技的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題變得愈發(fā)顯著，其中空氣污染對人們的身體健康有極大地負面作用，近年患有呼吸系統(tǒng)疾病的人數(shù)與日俱增，漸漸成為導致人類死亡的主要原因之一，因此對有害氣體的超靈敏檢測至關重要。同時，工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及科學研究等領域，超靈敏痕量氣體檢測也扮演著至關重要的角色。

激光吸收光譜技術不同于其他光譜吸收技術，激光的強度很高，足以抑制檢測器中產(chǎn)生的噪聲干擾，同時激光的準直性還有利于采用多光程池或腔增強技術，以增加氣體的吸收路徑。所有這些特點均可提高氣體的檢測靈敏度。

腔增強光譜(CEAS)技術由于大大增加了系統(tǒng)的吸收路徑因而顯著提高系統(tǒng)的探測靈敏度，實現(xiàn)腔增強吸收光譜技術最簡單的方法是測量腔模的幅度即直接CEAS，然而當腔兩側(cè)高反鏡反射率增高后，腔模線寬會變得非常窄，一般采樣率的數(shù)據(jù)采集設備很難準確的捕捉到腔模的幅度；同時由于激光器線寬遠大于腔模線寬，導致只有少部分的激光頻率與腔共振，因此腔透射功率會非常低。綜上所述，直接CEAS很難實現(xiàn)氣體吸收光譜的準確測量。

光學反饋腔增強吸收光譜技術(OF-CEAS)可以很好地解決寬線寬激光器在與高精細度腔耦合過程中出現(xiàn)的耦合效率低下的問題。2005年，J.Morville等人首次提出OF-CEAS，其基于三鏡V型腔，使用光學反饋實現(xiàn)了高靈敏CEAS。由于V型腔可以很輕易地防止第一束腔前鏡反射光射入激光器，從而避免了非諧振場的反饋影響。但是由于V型腔相對于線性F-P腔多增加了一個腔鏡，從而產(chǎn)生了更大的腔鏡損耗，同時震動對V型腔也有較大的影響。2013年Ritchie組發(fā)展了基于線性F-P腔的光學反饋腔增強吸收光譜技術，為了抑制第一束腔前鏡反射光對光學反饋的影響，故意使激光與腔的模式不匹配，造成第一束腔前鏡反射光的光束較大，并通過小孔光闌將其濾掉。但是由于激光-腔模式不匹配，導致光無法完全耦合進入光腔，損失了大量光學腔透射光功率。因此本申請發(fā)明了一種新型的、基于線性F-P腔的OF-CEAS裝置，進一步通過調(diào)節(jié)反饋相位使得第一束腔前鏡反射光不產(chǎn)生光學反饋，因此無需模式失配即可實現(xiàn)基于線性F-P腔的光學反饋腔增強。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題本發(fā)明提供了一種基于光學反饋的近紅外線性腔增強吸收光譜裝置，使用時通過調(diào)節(jié)反饋相位使得第一束腔前鏡反射光不產(chǎn)生光學反饋，從而實現(xiàn)氣體的高靈敏檢測。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術方案：

一種基于光學反饋的近紅外線性腔增強吸收光譜裝置，包括DFB激光器、精密位移臺、半導體激光控制器、函數(shù)發(fā)生器、匹配透鏡、反射鏡、固定在壓電陶瓷的反射鏡、可調(diào)諧空間衰減器、雙鏡線性F-P腔、聚焦透鏡、銦鎵砷雪崩光電探測器、計算機；所述DFB激光器作為光源并固定在精密位移臺上，所述半導體激光控制器控制DFB激光器的溫度及電流，所述半導體激光控制器的激光輸出頻率由函數(shù)發(fā)生器掃描激光驅(qū)動電流來調(diào)諧，所述DFB激光器發(fā)射的激光依次經(jīng)過匹配透鏡、反射鏡、固定在壓電陶瓷的反射鏡、可調(diào)諧空間衰減器、雙鏡線性F-P腔，所述雙鏡線性F-P腔透射出的激光通過聚焦透鏡匯聚到銦鎵砷雪崩光電探測器后通過高速數(shù)據(jù)采集卡送入計算機，使用LabView程序記錄并處理腔模信號。