專利名稱：實現(xiàn)圓形光環(huán)強度均勻化的方法及光纖擾模器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種差分吸收光譜儀，具體是一種使差分吸收光譜儀接收到的圓形光環(huán)均勻化的處理方法。
背景技術(shù)：
差分吸收光譜(DOAS)技術(shù)是利用光線在大氣中傳輸時，各種氣體分子在紫外和可見波段的特征吸收光譜來反演其在大氣中濃度的一種方法，差分吸收光譜儀主要包括光源、接發(fā)一體的望遠鏡、角反射鏡、石英光纖、光譜儀、光電二極管陣列(PDA)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機等。望遠鏡與光譜儀之間通過光纖傳輸光信號。
系統(tǒng)中使用的是Cassegrain型望遠鏡，通過光路的另一端放置的角反射器將發(fā)射和接收設(shè)計成一體。為了實現(xiàn)望遠鏡的收發(fā)功能，將望遠鏡的主鏡分為兩部分使用。外環(huán)被用來作為發(fā)射使用，中間一部分是用來接收返回的光。由于望遠鏡內(nèi)光學(xué)元件在光軸上的遮擋，因此，出射光斑不是一個滿圓形，而是一個環(huán)狀，當(dāng)光線通過角反射器返回被望遠鏡接收到的也為光環(huán)，即測量大氣時光纖傳導(dǎo)的為光環(huán)。而當(dāng)望遠鏡測燈時，圖1中光闌轉(zhuǎn)動，擋住燈射向望遠鏡主鏡的光線，僅使光線通過光闌上的小孔和M1間的縫隙入射到光纖中，這時光纖傳輸?shù)臑閳A形光斑。這樣收發(fā)一體的望遠鏡設(shè)計就造成了測燈和測大氣時光譜儀接收的光線結(jié)構(gòu)不同。
PDA用于DOAS系統(tǒng)測量光譜的一個主要問題是存在像元間的個體差異這個原理性的缺點。差分吸收光譜法從大氣痕量氣體所產(chǎn)生的吸收線得到的差分光學(xué)密度在0.1％-0.001％的量級，盡管光電二極管陣列能夠在一次讀出同時記錄下很寬的一段光譜而越來越被廣泛用作DOAS探測器，但這一類型的光學(xué)多道分析儀在單元像元上的靈敏度差異卻在1％的量級；此外，水汽和塵埃也導(dǎo)致產(chǎn)生PDA的固定結(jié)構(gòu)。因此如何從測量的大氣光譜中正確去除PDA的固定結(jié)構(gòu)是非常重要的。對于較小光學(xué)密度的測量-低于像元與像元差異1-3個量級，像元與像元間的差異必須校準(zhǔn)。對于DOAS儀器，在準(zhǔn)確保持不變的照明下記錄單獨的像元的靈敏度參考譜是很困難的。到目前為止，有以下的方法用于修正PDA的固定結(jié)構(gòu)第一，參考光路在每次測量大氣光譜后測量氙燈的光譜；第二，采用多通道掃描技術(shù)，這種方法的思想是將多道探測與掃描技術(shù)相結(jié)合。
在這里系統(tǒng)采用的第一種方法校正PDA像元間的差異，即用大氣光譜除以相應(yīng)的氙燈譜來移去PDA像元的固定結(jié)構(gòu)。這種方法的實際靈敏度在很大程度上取決于單個像元的照明情況，即入射角度以及整個像元面的光強分布。但是在DOAS系統(tǒng)中，如前所述，由于參考光路與大氣測量光路的不同，造成燈譜于大氣譜結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，因此，對于較小的吸收由于參考光譜與測量光譜之間像元靈敏度的不匹配而受到限制，兩條光譜相除只移去了PDA像元的固定結(jié)構(gòu)卻帶來了由于測量光路不同造成的剩余噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決圓形光環(huán)對測量精度的影響，提出一種實現(xiàn)差分吸收光譜儀中圓形光環(huán)強度均勻化的方法及光纖擾模器，使光纖中傳遞的光高階模態(tài)混合，使輸出的圓形光環(huán)變成強度均勻的圓形光斑。在差分吸收光譜系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)降低系統(tǒng)剩余噪聲，增加探測精度，提高探測下限。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下實現(xiàn)差分吸收光譜儀中圓形光環(huán)強度均勻化的方法，差分吸收光譜儀包括光源、接發(fā)一體的望遠鏡、角反射鏡、光纖、光譜儀、PDA、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機，其特征在于對光纖中的一段通過具有凹凸面的工件進行擠壓，使得光纖中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑進入單色儀中。
光纖擾模器，包括有光纖，其特征在于將一段光纖夾于一對凹凸不平且相互吻合的夾板之間。
所述的貼于光纖表面的夾板表面有塑料或橡膠保護層。
所述的夾板之間通過調(diào)整螺栓連接固定，調(diào)節(jié)螺栓與夾板之間設(shè)置有彈簧。
接收圓形光環(huán)的光纖進入光纖擾模器中，根據(jù)光纖擾模效應(yīng)，在模式混合器中，光纖中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑。
本發(fā)明的主要特點在于1、夾板中的光纖長度與可根據(jù)實際情況進行調(diào)整；2、應(yīng)用時，只需要增加光纖擾模器便可解決問題，對系統(tǒng)其它部分不需要變動或更改。
3、實現(xiàn)圓形光環(huán)強度的均勻化，應(yīng)用于差分吸收光譜儀，可以消除圓形光環(huán)對測量精度的影響，實現(xiàn)了降低系統(tǒng)剩余噪聲，增加了探測精度，提高了探測下限。


圖1是本發(fā)明光纖擾模器應(yīng)用于差分吸收光譜儀中光纖傳輸示意圖。
圖2是本發(fā)明光纖擾模器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1。
實現(xiàn)差分吸收光譜儀中圓形光環(huán)強度均勻化的方法，差分吸收光譜儀包括光源、接發(fā)一體的望遠鏡、角反射鏡、光纖、單色儀、光電倍增管探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機，對光纖中的一段通過具有凹凸面的工件進行擠壓，使得光纖中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑進入單色儀中。
參見圖2。
本發(fā)明有上、下兩層表面帶凹凸結(jié)構(gòu)金屬夾板4、6，金屬夾板4表面覆蓋有一層塑料保護層5，金屬夾板6表面覆蓋有一層塑料保護層7，金屬夾板4、6之間通過四個調(diào)整螺栓2以及調(diào)整彈簧3連接固定。光纖1被夾于塑料保護層5、7之間，金屬夾板的凹凸結(jié)構(gòu)是擠壓光纖1使其發(fā)生擾模效應(yīng)；塑料保護層5、7保護光纖防止折斷；調(diào)整螺母3是調(diào)整施加在調(diào)整板上的壓力，使擾模工作在最佳狀態(tài)；而調(diào)整彈簧3是起保護作用的。
權(quán)利要求
1.實現(xiàn)差分吸收光譜儀中圓形光環(huán)強度均勻化的方法，差分吸收光譜儀包括光源、接發(fā)一體的望遠鏡、角反射鏡、光纖、光譜儀、光電二極管陣列探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機，其特征在于對光纖中的一段通過具有凹凸面的工件進行擠壓，使得光纖中傳輸光信號中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑進入單色儀中。
2.光纖擾模器，包括有光纖，其特征在于將一段光纖夾于一對表面凹凸不平且相互吻合的夾板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖擾模器，其特征在于所述的貼于光纖表面的夾板表面有塑料或橡膠保護層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖擾模器，其特征在于所述的夾板之間通過調(diào)整螺栓連接固定，調(diào)節(jié)螺栓與夾板之間設(shè)置有彈簧。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)差分吸收光譜儀中圓形光環(huán)強度均勻化的方法及光纖擾模器，對差分吸收光譜儀的望遠鏡與光譜儀之間的光纖中的一段通過具有凹凸面的工件進行擠壓，使得光纖中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑進入單色儀中。光纖擾模器，是將一段光纖夾于一對表面凹凸不平且相互吻合的夾板之間。根據(jù)光纖擾模效應(yīng)，在光纖擾模器中，光纖中的高階模進行混合，輸出強度分布均勻的光斑。應(yīng)用于差分吸收光譜儀，可以消除圓形光環(huán)對測量精度的影響，實現(xiàn)了降低系統(tǒng)剩余噪聲，增加了探測精度，提高了探測下限。
文檔編號G01J3/00GK1862248SQ200510123189
公開日2006年11月15日 申請日期2005年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月17日
發(fā)明者謝品華, 司福祺, 劉建國, 劉文清, 李昂, 方武, 秦敏, 竇科, 李玉金 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所