[發明專利]一種多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統

有效

• 申請號: 202111068203.0
• 申請日: 2021-09-13
• 公開（公告）號: CN113777068B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 劉睿;王杰;廖文龍;謝茜;張宗喜;馮運;閆明;曾和平
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司電力科學研究院;華東師范大學重慶研究院
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;G01N21/25;G01N21/03
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

1.一種多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，包括第一紅外光梳光源、第二紅外光梳光源、第一光柵、第二光柵、氣樣池、增強腔輸入鏡、增強腔輸出鏡、第三光柵、第四光柵、半波片、合束片、第一光電探測器、第二光電探測器、差分放大器和頻譜分析儀；其中，所述第一紅外光梳光源和第二紅外光梳光源為兩個微小重復頻率差的紅外光梳光源，所述第一紅外光梳光源輸出探測光通過第一光柵依據頻率和衍射角不同的性質在空間上形成若干分束探測光，所述第二光柵與第一光柵平行配置用于調整若干分束探測光方向使其軸向入射到在相應波段具有高反特性的增強腔輸入鏡上，并在位于所述氣樣池內的增強腔輸入鏡和增強腔輸出鏡構成的含多組分氣體樣品的穩定光學諧振腔內振蕩，被多組分不同波段的待測氣體部分吸收，使探測光攜帶氣體樣品吸收譜的指紋信息，所述第三光柵和第四光柵組成的光柵對用于對增強腔輸出鏡輸出的若干分束探測光在空間上合束為一路激光，所述第二紅外光梳光源輸出本征光通過半波片調節偏振，再和含有多組分氣體指紋信息的探測光一起入射到與兩束光路均呈45度的合束片上，所述本征光和探測光在合束片進行拍頻合束，并通過合束片分束后分別入射到第一光電探測器和第二光電探測器上進行光電信號轉換，所述差分放大器對電信號進行優化并放大后通過頻譜分析儀采集，所述頻譜分析儀利用傅立葉變換得到與待測氣體濃度成正比關系的紅外光譜強度信號，從而獲得射頻域吸收譜并識別氣體的濃度與種類。

2.根據權利要求1所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述第一紅外光梳光源和第二紅外光梳光源采用中心波長在1.55μm近紅外光梳光源，零頻均為f₀，重復頻率分別為f_r1及f_r2，重頻差為△f＝f_r2-f_r1＝1Hz～10KHz。

3.根據權利要求2所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述第一紅外光梳光源和第二紅外光梳光源每臺光梳由n個頻率齒構成，第n個梳齒對應頻率分別為f_n＝f₀+nf_r1及f′_n＝f₀+nf_r2，且在第n個梳齒處的梳齒頻率差即拍頻信號f_b＝n·|f′_n-f_n|＝n△f。

4.根據權利要求1所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述增強腔輸入鏡的反射率大于99.99％。

5.根據權利要求1所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述氣樣池內存在若干個由一組增強腔輸入鏡和增強腔輸出鏡共同構成的腔內高反域，所述高反域是根據入射到某增強腔輸入鏡上波段選擇反射率的增強腔輸入鏡和增強腔輸出鏡間構成的區域。

6.根據權利要求1所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述氣樣池包含一個進氣口和一個出氣口。

7.根據權利要求1所述的多波段腔增強紅外光梳光譜氣體檢測系統，其特征在于，所述氣樣池的腔長L滿足光學諧振腔條件R為腔鏡凹面曲率半徑。