[發明專利]一種飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置、系統及方法

在審

• 申請號: 202211239211.1
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115711863A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 付洋;楊宏雷;張升康;吳寒旭;趙偉楠
• 申請（專利權）人: 北京無線電計量測試研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/3504;G01N21/01
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

1.一種飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，包括：第一飛秒光頻梳、第二飛秒光頻梳、第一光譜擴展單元、第二光譜擴展單元、發射接收模塊、回射器、分光鏡和數據監控單元；

所述第一光譜擴展單元，用于將第一飛秒光頻梳產生的飛秒脈沖生成非線性差頻的第一路脈沖；

所述第二光譜擴展單元，用于將第二飛秒光頻梳產生的飛秒脈沖生成非線性差頻的第二路脈沖，所述第一飛秒光頻梳和第二飛秒光頻梳的重復頻率具有固定差值；

所述分光鏡，用于將第一路脈沖和第二路脈沖合束；

所述發射接收模塊，用于發射合束后出射脈沖光和接收回射器反射的反射脈沖光并對反射脈沖光指向進行伺服控制；

所述回射器，用于反射所述出射脈沖光至發射接收模塊；

所述數據監控單元，用于采集回射器反射的反射脈沖光，根據異步光學采樣方法獲取氣體吸收光譜。

2.根據權利要求1所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，所述第一路脈沖和第二路脈沖分別為中紅外脈沖。

3.根據權利要求1所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，

所述第一光譜擴展單元包括：第一二向色鏡、第一透鏡、第一準直器、第二準直器、第一周期極化鈮酸鋰晶體、第一摻鉺光纖放大器和第一摻鐿光纖放大器；

所述第二光譜擴展單元包括：第二二向色鏡、第二透鏡、第三準直器、第四準直器、第二周期極化鈮酸鋰晶體、第二摻鉺光纖放大器和第二摻鐿光纖放大器。

4.根據權利要求1所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，所述發射接收模塊包括：薄膜分束器、四象限探測器、PID反饋控制單元和壓控反射鏡。

5.根據權利要求3所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，所述第一光譜擴展單元包括：所述第一飛秒光頻梳產生的飛秒脈沖，被所述光纖耦合器分為第一路光束和第二路光束，

所述第一路光束通過所述摻鉺光纖放大器放大，進入高非線性光纖進行光譜擴展產生超連續光譜，進入摻鐿光纖放大器生成1070nm光；

所述第二路通過所述摻鉺光纖放大器放大，進入高非線性光纖進行光譜擴展產生超連續光譜，生成1350～1400nm超連續光；

所述生成的1070nm光和生成的1350～1400nm超連續光，經二向色鏡及透鏡后入射至周期極化鈮酸鋰晶體產生差頻，生成4500nm～4900nm的中紅外脈沖。

6.根據權利要求3所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，所述第二光譜擴展單元包括：所述第二飛秒光頻梳產生的飛秒脈沖，被所述光纖耦合器分為第一路光束和第二路光束，

所述第一路光束通過所述摻鉺光纖放大器放大，進入高非線性光纖進行光譜擴展產生超連續光譜，進入摻鐿光纖放大器生成1070nm光；

所述第二路通過所述摻鉺光纖放大器放大，進入高非線性光纖進行光譜擴展產生超連續光譜，生成1350～1400nm超連續光；

所述生成的1070nm光和生成的1350～1400nm超連續光，經二向色鏡及透鏡后入射至周期極化鈮酸鋰晶體產生差頻，生成4500nm～4900nm的中紅外脈沖。

7.根據權利要求4所述的飛秒激光氣體吸收光譜監測裝置，其特征在于，所述對反射脈沖光指向進行伺服控制，包括：

所述反射脈沖光到達薄膜分束器，一部分光束經其透射與準直器進行耦合，另一部分光束經反射被四象限探測器接收并轉化為二維定向光電流，通過PID控制模塊進行電流-電壓轉換，得到四象限探測器探測面上光斑的二維坐標信息，并與預先設置位置進行比較，進行負反饋伺服控制實時驅動壓控透鏡對脈沖光束指向進行調整。