一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，泵浦光會(huì)聚部件、固體激光工作介質(zhì)、反射腔鏡依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固體激光工作介質(zhì)和反射腔鏡由腔體固定和密封構(gòu)成高精細(xì)度有源腔，泵浦光源出射光束經(jīng)過泵浦光會(huì)聚部件匯聚到凸面向著泵浦光會(huì)聚部件的固體激光工作介質(zhì)中，腔體圓柱面上設(shè)置有氣體輸入口、氣體輸出口并嵌有拉曼會(huì)聚部件，在拉曼會(huì)聚部件腔體外側(cè)的拉曼會(huì)聚部件光軸上依次設(shè)置有濾光片和光電檢測(cè)部件。整體裝置結(jié)構(gòu)簡單、簡潔、緊湊，具有穩(wěn)定性好、可靠性高，不存在布魯斯特窗口提高了檢測(cè)裝置的抗干擾性?？蓪?shí)時(shí)在線進(jìn)行測(cè)量，多種氣體同時(shí)測(cè)量，可以全程進(jìn)行分析和監(jiān)控，容易使用，操作簡單，維護(hù)容易。
【專利說明】一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光電檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體檢測(cè)需求廣泛存在于資源勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、工業(yè)過程控制、節(jié)能減排等等許多領(lǐng)域，并且這些領(lǐng)域?qū)怏w檢測(cè)靈敏度和可靠性要求也越來越高。腔增強(qiáng)痕量氣體檢測(cè)技術(shù)一種靈敏度非常高的光譜檢測(cè)技術(shù)，是氣體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向之一。在先技術(shù)中，存在基于腔增強(qiáng)的氣體檢測(cè)裝置，例如，TigerOptics和LosGatos Research公司均進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究，開發(fā)出了系列腔增強(qiáng)痕量氣體檢測(cè)裝置，此在先技術(shù)具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在不足:基于氣體吸收光譜原理進(jìn)行檢測(cè)，氣體檢測(cè)時(shí)抗干擾性不高；不便于同時(shí)檢測(cè)多種氣體；對(duì)所檢測(cè)的氣體種類具有很強(qiáng)的選擇性，檢測(cè)氣體種類有限；部分裝置需要使用光調(diào)制器或壓電陶瓷控制器，實(shí)現(xiàn)光束進(jìn)行開關(guān)控制，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，儀器成本高，可靠性不強(qiáng)。
[0003]在先技術(shù)中，也存在基于拉曼效應(yīng)的腔增強(qiáng)的痕量氣體檢測(cè)裝置，參見美國Atmosphere Recovery公司的激光氣體分析儀產(chǎn)品，以及中國實(shí)用新型專利，專利名稱:一種錄井用拉曼光譜氣體檢測(cè)系統(tǒng)，專利號(hào):ZL201120284529.2，這種激光激光氣體分析儀具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在不足，由于采用氣體有源腔結(jié)構(gòu)，即激光工作介質(zhì)是氣體，需要在腔內(nèi)界面使用布魯斯特窗口，這樣增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)件的要求，降低了裝置抗干擾性和可 靠性，影響現(xiàn)場(chǎng)使用適應(yīng)能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型是針對(duì)痕量氣體檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)增加布魯斯特窗口而導(dǎo)致裝置可靠性降低的問題，提出了一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡潔、體積小、不存在布魯斯特窗口、檢測(cè)時(shí)抗干擾性強(qiáng)、同時(shí)檢測(cè)多種氣體、靈敏度高、適應(yīng)能力強(qiáng)、維護(hù)容易等特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，包括泵浦光源、泵浦光會(huì)聚部件、固體激光工作介質(zhì)、腔體、反射腔鏡、會(huì)聚透鏡、濾光片和光電檢測(cè)部件，固體激光工作介質(zhì)為由固體激光工作介質(zhì)晶體加工成的單面凸透鏡，凸面鍍有激光波長高反射膜，反射率大于97%，反射腔鏡為單面凹面反射鏡，凹面反射面激光波長反射率大于97%，泵浦光會(huì)聚部件、固體激光工作介質(zhì)、反射腔鏡依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固體激光工作介質(zhì)的凸面和反射腔鏡的凹面均對(duì)著泵浦光會(huì)聚部件，腔體為圓柱殼體，固體激光工作介質(zhì)和反射腔鏡由腔體固定和密封在其中，泵浦光源出射光束經(jīng)過泵浦光會(huì)聚部件匯聚到凸面向著泵浦光會(huì)聚部件的固體激光工作介質(zhì)中，腔體圓柱面上對(duì)稱設(shè)置有氣體輸入口、氣體輸出口，在氣體輸出口邊圓柱柱面嵌有拉曼會(huì)聚部件，在拉曼會(huì)聚部件腔體外側(cè)的拉曼會(huì)聚部件光軸上依次設(shè)置有濾光片和光電檢測(cè)部件。[0006]所述所述的泵浦光源為非相干光源和激光二極管中的一種。
[0007]所述的泵浦光會(huì)聚部件和拉曼會(huì)聚部件為單透鏡、透鏡陣列、菲涅爾透鏡中的一種。
[0008]所述的固體激光工作介質(zhì)為摻釹釩酸釔晶體和摻釹釔鋁石榴石中的一種。
[0009]所述的光電檢測(cè)部件是棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、單色儀、線陣光電傳感光譜儀中的一種。
[0010]所述濾光片對(duì)拉曼光為高透過率，透過率大于99%。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，不存在布魯斯特窗口、整體裝置結(jié)構(gòu)簡單、簡潔、緊湊，具有穩(wěn)定性好、可靠性高、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)要求不高等特點(diǎn)。提高了檢測(cè)裝置的抗干擾性?？蓪?shí)時(shí)在線進(jìn)行測(cè)量，多種氣體同時(shí)測(cè)量，可以全程進(jìn)行分析和監(jiān)控，容易使用，操作簡單，維護(hù)容易。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置包括:泵浦光源1、泵浦光會(huì)聚部件2、固體激光工作介質(zhì)3、腔體4、反射腔鏡5、會(huì)聚透鏡6、濾光片7和光電檢測(cè)部件8。泵浦光源I出射光束的光路上依次設(shè)置有泵浦光會(huì)聚部件2和固體激光工作介質(zhì)3，泵浦光會(huì)聚部件2將泵浦光源I出射光束匯聚到固體激光工作介質(zhì)3中；固體激光工作介質(zhì)3是由固體激光工作介質(zhì)晶體加工成的一面為凸面的透鏡，固體激光工作介質(zhì)3凸面鍍有激光波長高反射膜，反射率大于97%，并且朝向泵浦光會(huì)聚部件2 ;固體激光工作介質(zhì)3的非凸面一側(cè)設(shè)置有一個(gè)反射腔鏡5，反射腔鏡5的高反射面為凹面，激光波長反射率大于97%，并且朝向泵浦光會(huì)聚部件2，固體激光工作介質(zhì)3和反射腔鏡5構(gòu)成高精細(xì)度腔；固體激光工作介質(zhì)3和反射腔鏡5由腔體4固定和密封，腔體4為圓柱殼體，在圓柱面上對(duì)稱設(shè)置有氣體輸入口 401、氣體輸出口 402，在氣體輸出口 402邊圓柱柱面嵌有拉曼會(huì)聚部件6，在拉曼會(huì)聚部件6腔體外側(cè)的拉曼會(huì)聚部件6光軸上依次設(shè)置有濾光片7和光電檢測(cè)部件8，濾光片7對(duì)拉曼光為高透過率，透過率大于99%。
[0014]所述的泵浦光源為非相干光源和激光二極管中的一種。
[0015]所述的泵浦光會(huì)聚部件和拉曼會(huì)聚部件為單透鏡、透鏡陣列、菲涅爾透鏡中的一種。
[0016]所述的固體激光工作介質(zhì)為摻釹釩酸釔晶體和摻釹釔鋁石榴石中的一種。
[0017]所述的光電檢測(cè)部件是棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、單色儀、線陣光電傳感光譜儀中的一種。
[0018]實(shí)施例，泵浦光源I為波長為808納米的激光二極管，泵浦光會(huì)聚部件2和拉曼會(huì)聚部件6均采用單透鏡，固體激光工作介質(zhì)3為摻釹釩酸釔晶體，光電檢測(cè)部件8是單色儀。固體激光工作介質(zhì)3凸面和反射腔鏡5凹面反射率在波長1064納米波長下均為99%。濾光片7對(duì)拉曼光透過率為99.2%。
[0019]工作過程為:泵浦光源I出射光束的光路上依次設(shè)置有泵浦光會(huì)聚部件2和固體激光工作介質(zhì)3，泵浦光會(huì)聚部件2將泵浦光源I出射光束匯聚到固體激光工作介質(zhì)3中，泵浦光源I對(duì)固體激光工作介質(zhì)3進(jìn)行光泵浦，產(chǎn)生激光發(fā)射；固體激光工作介質(zhì)3和反射腔鏡5構(gòu)成高精細(xì)度腔，產(chǎn)生多次光束反射，每次經(jīng)過固體激光工作介質(zhì)3，再次進(jìn)行光學(xué)增益，這樣產(chǎn)生激光，高精細(xì)度腔成為激光諧振腔，即為固體有源高精細(xì)度腔；固體激光工作介質(zhì)3和反射腔鏡5由腔體4固定和密封，腔體4為圓柱殼體，圓柱柱面設(shè)置有氣體輸入口 401、氣體輸出口 402，圓柱柱面嵌有拉曼會(huì)聚部件6，被檢測(cè)氣體通過氣體輸入口 401進(jìn)入腔體，通過氣體輸出口 402流出腔體，在腔體4內(nèi)被激光激發(fā)，發(fā)生受激拉曼散發(fā)；拉曼會(huì)聚部件6腔體外側(cè)的會(huì)聚透鏡6光軸上依次設(shè)置有濾光片7和光電檢測(cè)部件8，拉曼散射光經(jīng)拉曼會(huì)聚部件6和濾光片7后，被光電檢測(cè)部件收集，光電檢測(cè)部件5通過被檢測(cè)氣體的拉曼光譜頻移和拉曼峰值強(qiáng)度，得到被測(cè)區(qū)8域中檢測(cè)氣體濃度。本實(shí)施例成功完成了氧氣、氮?dú)鈨煞N氣體濃度的同時(shí)檢測(cè)。本實(shí)用新型具有系統(tǒng)簡單、體積小、不存在布魯斯特窗口、穩(wěn)定性好、可靠性高、同時(shí)檢測(cè)多種氣體、靈敏度高、適應(yīng)能力強(qiáng)、維護(hù)容易等特點(diǎn)。
[0020]本裝置將有源腔增強(qiáng)技術(shù)與激光拉曼檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，基于光泵浦固體激光激發(fā)原理，由激光工作晶體和反射鏡構(gòu)成高精細(xì)度有源腔，采用光泵浦，在高精細(xì)度腔內(nèi)形成激光激發(fā)，被檢測(cè)氣體置于高精細(xì)度腔內(nèi)，發(fā)生受激拉曼散發(fā)，這樣裝置中采用固體激光工作介質(zhì)，并且，固體激光工作介質(zhì)起到高精細(xì)度強(qiáng)的一個(gè)腔鏡作用，不存在布魯斯特窗口、整體裝置結(jié)構(gòu)簡單、簡潔、緊湊，具有穩(wěn)定性好、可靠性高、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)要求不高等特點(diǎn)。
[0021]避免了常規(guī)紅外腔增強(qiáng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，避免使用聲光或電光調(diào)制器來對(duì)光束進(jìn)行開關(guān)控制，也不需要光隔離器消除回返光影響，提高了檢測(cè)裝置的抗干擾性。具有拉曼氣體檢測(cè)和高精細(xì)度強(qiáng)檢測(cè)的多重特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)在線進(jìn)行測(cè)量，多種氣體同時(shí)測(cè)量，可以全程進(jìn)行分析和監(jiān)控，容易使用，操作簡單，維護(hù)容易。
【權(quán)利要求】
1.一種固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，包括泵浦光源、泵浦光會(huì)聚部件、固體激光工作介質(zhì)、腔體、反射腔鏡、會(huì)聚透鏡、濾光片和光電檢測(cè)部件，固體激光工作介質(zhì)為由固體激光工作介質(zhì)晶體加工成的單面凸透鏡，凸面鍍有激光波長高反射膜，反射率大于97%，反射腔鏡為單面凹面反射鏡，凹面反射面激光波長反射率大于97%，泵浦光會(huì)聚部件、固體激光工作介質(zhì)、反射腔鏡依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固體激光工作介質(zhì)的凸面和反射腔鏡的凹面均對(duì)著泵浦光會(huì)聚部件，腔體為圓柱殼體，固體激光工作介質(zhì)和反射腔鏡由腔體固定和密封在其中，泵浦光源出射光束經(jīng)過泵浦光會(huì)聚部件匯聚到凸面向著泵浦光會(huì)聚部件的固體激光工作介質(zhì)中，腔體圓柱面上對(duì)稱設(shè)置有氣體輸入口、氣體輸出口，在氣體輸出口邊圓柱柱面嵌有拉曼會(huì)聚部件，在拉曼會(huì)聚部件腔體外側(cè)的拉曼會(huì)聚部件光軸上依次設(shè)置有濾光片和光電檢測(cè)部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述所述的泵浦光源為非相干光源和激光二極管中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的泵浦光會(huì)聚部件和拉曼會(huì)聚部件為單透鏡、透鏡陣列、菲涅爾透鏡中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述的固體激光工作介質(zhì)為摻釹釩酸釔晶體和摻釹釔鋁石榴石中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的光電檢測(cè)部件是棱鏡光譜儀、光柵光譜儀、單色儀、線陣光電傳感光譜儀中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述固體有源腔增強(qiáng)激光拉曼氣體檢測(cè)裝置，其特征在于，所述濾光片對(duì)拉曼光為高透過率，透過率大于99%。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK203786039SQ201420115349
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】張大偉, 王文, 高秀敏, 黃元申, 張雷洪 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)