CN101706412B - 在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，让激光器的入射点位于光声池圆柱腔的端面，入射点到端面中心的距离为圆柱腔半径的0.5568倍，入射光与中心轴z之间的夹角θ0满足
Figure D200910310684420091130A000011
其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，α01为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值，ξ≈2.133；入射点到端面中心的距离还可以等于圆柱腔的半径，此时ξ≈3.832。本发明的优点是：按本发明确定的激光入射点的位置及入射角度，能最大限度地激发光声池的振动模式，能有效地提高光声法检测微量气体装置的信号幅值和检测灵敏度。另外，对光声池结构优化设计与安装调试具有很大的指导意义。

Description

在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法
技术领域
本发明涉及光声光谱气体分析领域，特别是涉及一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法。
背景技术
现有的光声气体探测装置中广泛使用的共振腔有三种基本结构形态：(1) 亥姆霍兹共振腔；(2) 一维圆柱形共振管；(3) 三维腔体结构。亥姆霍兹共振腔可类比由弹簧和质点组成的简谐振子，其共振增强因子一般不超过10。对于一维圆柱形共振管，若其腔的横截面尺寸远小于纵向长度，故激励的声场仅在长度方向呈现变化，而工作于纯纵向共振模式。气体光声检测装置中，三维光声池一般为圆柱形结构，偶尔也采用球形结构。圆柱型结构光声池可以工作在纵向、径向、角向共振模式或其组合模式下。脉冲光沿轴向入射可以激发起腔的纵向或角向共振模式，但是不能有效激发低阶径向共振模式，这是因为此时的模式耦合系数为零。实验发现，入射光偏离腔轴的角度对低阶径向共振模式的声信号幅值有明显影响，但迄今为止两者之间的定量关系尚未明确。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种在光声池径向共振模式下，即径向(0,0,1) (这里三个数字分别为角向、纵向、径向的振动模式数) 共振模式下如何确定激光入射角度的方法。
本发明的技术方案如下：一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，所述径向共振模式是指角向、纵向、径向的振动模式数分别为0、0、1的模式，让激光器的入射点位于光声池圆柱腔的端面，入射点到端面中心的距离为圆柱腔半径的0.5568倍，入射光与中心轴z之间的夹角                                                
Figure 271339DEST_PATH_IMAGE001
满足
Figure 93801DEST_PATH_IMAGE002
,其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，
Figure 423152DEST_PATH_IMAGE003
为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值，
Figure 684369DEST_PATH_IMAGE004
。
本发明还提供了一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，所述径向共振模式是指角向、纵向、径向的振动模式数分别为0、0、1的模式，让激光器的入射点位于光声池圆柱腔的端面，入射点到端面中心的距离等于圆柱腔的半径，入射光与中心轴z之间的夹角
Figure 415564DEST_PATH_IMAGE001
满足
Figure 408928DEST_PATH_IMAGE002
,其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，
Figure 727039DEST_PATH_IMAGE005
为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值，
Figure 526368DEST_PATH_IMAGE006
。
与现有技术相比，本发明的优点是：按本发明确定的激光入射点的位置及入射角度，能最大限度地激发光声池的振动模式，能有效地提高光声法检测微量气体装置的信号幅值和检测灵敏度。另外，对光声池结构优化设计与安装调试具有很大的指导意义。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，让激光器的入射点A位于光声池圆柱腔的端面，入射光与中心轴z之间的夹角
Figure 112070DEST_PATH_IMAGE007
满足,其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值（以
Figure 681832DEST_PATH_IMAGE010
为单位），当时，入射点到端面中心的距离为圆柱腔半径的0.5568倍，此时，激光入射角度与径向共振模式的相对耦合系数为0.6723；当
Figure 722787DEST_PATH_IMAGE012
时，入射点到端面中心的距离等于圆柱腔半径，此时，激光入射角度与径向共振模式的相对耦合系数为-0.6878。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，所述径向共振模式是指角向、纵向、径向的振动模式数分别为0、0、1的模式，其特征在于：让激光器的入射点位于光声池圆柱腔的端面，入射点到端面中心的距离为圆柱腔半径的0.5568倍，入射光与中心轴z之间的夹角                                                满足
Figure 2009103106844100001DEST_PATH_IMAGE002
,其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，
Figure 2009103106844100001DEST_PATH_IMAGE003
为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
2.  一种在光声池径向共振模式下确定激光入射角度的方法，所述径向共振模式是指角向、纵向、径向的振动模式数分别为0、0、1的模式，其特征在于：让激光器的入射点位于光声池圆柱腔的端面，入射点到端面中心的距离等于圆柱腔的半径，入射光与中心轴z之间的夹角
Figure 127553DEST_PATH_IMAGE001
满足
Figure 585079DEST_PATH_IMAGE002
,其中：R为圆柱腔的半径、L为圆柱腔的纵向长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为0阶贝塞尔函数的第1个极值点的值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
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