[發明專利]用于氣體拉曼信號增強的折疊型多反腔

有效

• 申請號: 202110528906.0
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113295669B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 王品一;陳偉根;王建新;萬福;王有元;杜林;周湶;李劍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/03;G02B17/06
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務所(普通合伙) 11689
• 代理人: 王萍;肖繼軍

本申請公開了用于氣體拉曼信號增強的折疊型多反腔，包括：首端腔鏡、末端腔鏡和若干折疊鏡；所述首端腔鏡、末端腔鏡和若干折疊鏡構成反射光路折疊的增強腔；所述首端腔鏡設有通光孔，激光通過通光孔穿過首端腔鏡進入增強腔，其中激光入射方向與其進入增強腔后第一個到達的折疊鏡之間的角度非垂直；激光進入增強腔之后經折疊鏡反射到達末端腔鏡后反射；反射的激光沿不同路徑在增強腔多次反射，直到激光到達首端腔鏡時，恰好再次穿過通光孔，射出增強腔外。本發明提出的折疊型多反腔，可使激光在腔內反射數百次，多組分氣體拉曼光譜檢測的檢出限可達亞ppm量級。

技術領域

本發明屬于氣體拉曼光譜檢測技術領域，涉及用于氣體拉曼信號增強的折疊型多反腔。

背景技術

氣體檢測在環境污染檢測、安全氣體監測、工業過程控制等領域具有廣泛需求。拉曼光譜氣體檢測法是基于氣體的拉曼效應，通過測量氣體因激光照射產生的拉曼散射光的波長判斷氣體組分，通過測量散射光強度判斷氣體含量的一種光譜氣體檢測方法。

相比目前常用氣體檢測方法，拉曼光譜法具備以下優勢：可同時檢測幾乎所有氣體組分；不同氣體組分相互干擾小，檢測的選擇性高；無損檢測，不損耗、不破壞待測氣體。因此拉曼光譜法在氣體檢測領域中具有極大的應用前景。

然而氣體拉曼散射截面積小、氣體拉曼信號弱，導致拉曼光譜檢測微量氣體時的檢出限較高。最常用的氣體拉曼信號增強方法為腔增強技術，目前所用的增強腔主要包括諧振腔、線型多反腔等。

諧振腔利用激光在鏡片之間多次反射后形成相長干涉，提升腔內激光強度，增強氣體拉曼信號強度。諧振腔信號增強幅度大，可使拉曼光譜氣體檢測達到較低的檢出限；然而諧振腔光學穩定性較低，抗干擾能力較差，不利于長時間穩定測量。

線型多反腔利用激光在兩塊反射鏡之間的多次反射延長了激光與氣體的作用路徑，提升氣體拉曼信號強度。線型多反腔光學穩定性高，抗干擾能力強；然而線型雙鏡多反腔的反射次數較少(通常為100余次)，信號增強幅度較低。

因此，目前腔增強氣體拉曼信號增強方法難以兼顧高增強幅度與高穩定性。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本申請提供用于氣體拉曼信號增強的折疊型多反腔，利用多個反射鏡組成增強腔，使激光在多個反射鏡之間沿不同路徑多次反射，大幅提升激光與氣體的作用路徑，增強氣體拉曼信號強度，實現微量氣體的低檢出限拉曼光譜檢測，并兼具高光學穩定性、高抗干擾能力。

為了實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

用于氣體拉曼信號增強的折疊型多反腔，其特征在于：

所述折疊型多反腔包括：首端腔鏡、末端腔鏡和若干折疊鏡；

所述首端腔鏡、末端腔鏡和若干折疊鏡構成反射光路折疊的增強腔；

所述首端腔鏡設有通光孔，激光通過通光孔穿過首端腔鏡進入增強腔，其中激光入射方向與其進入增強腔后第一個到達的折疊鏡之間的角度非垂直；

激光進入增強腔之后經折疊鏡反射到達末端腔鏡后反射；

反射的激光沿不同路徑在增強腔多次反射，直到激光到達首端腔鏡時，恰好再次穿過通光孔，射出增強腔外。

本發明進一步包括以下優選方案：

優選地，所述首端腔鏡為凹面反射鏡，反射面為球面。

優選地，所述通光孔為圓形通光孔；

首端腔鏡直徑與通光孔直徑之比約為34:1；

首端腔鏡直徑與通光孔中心至首端腔鏡的中心距離之比約為2.36:1。

優選地，所述折疊鏡為平面反射鏡。