CN101995384B - 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 - Google Patents
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101995384B CN101995384B CN2010102953757A CN201010295375A CN101995384B CN 101995384 B CN101995384 B CN 101995384B CN 2010102953757 A CN2010102953757 A CN 2010102953757A CN 201010295375 A CN201010295375 A CN 201010295375A CN 101995384 B CN101995384 B CN 101995384B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reflection
- sample cell
- gas sample
- atomic gas
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 32
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 9
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置。原子气体样品池的后内表面和前内表面对激光光束先后产生2次部分反射，其中后内表面的部分反射称为第一次反射，前内表面的部分反射称为第二次反射，使得入射激光光束与第一次反射激光光束在原子气体样品池中发生重叠，从而产生原子气体样品对激光的饱和吸收，第二次反射激光光束与直接透过原子样品池的激光光束一起射入光电探测器，光电探测器探出第二次反射激光的饱和吸收光谱信号并在示波器上显示。本发明明显简化了传统的饱和吸收谱技术的装置，并有助于提高谱线的长期稳定性。本发明适用于各种气体原子的吸收光谱技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及激光光谱学技术领域，尤其涉及一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置。
背景技术
外腔半导体激光器问世以后，其波长大范围连续可调的特性能满足很多种不同实验的要求，因此被广泛使用。相应的，半导体激光器的稳频技术也得到极大发展，比如饱和吸收谱内调制稳频方法、偏振光谱谱稳频技术、磁场外调制稳频技术、电光调制稳频技术以及PDH稳频技术等等。其中，饱和吸收谱内调制稳频方技术是在原子光学实验中常用的技术。而饱和吸收谱是该技术的根本。饱和吸收谱稳频技术能将激光锁定在特定的原子谱线上，并且能很好地消除普通吸收谱的多普勒展宽。
传统的饱和吸收谱，都是由激光器、厚玻璃块、2个高反射镜、原子样品池和光电探头组成。其中，厚玻璃块法线与入射光束呈45°夹角，对入射光束产生5％左右的反射作为探测光，其余透过的作为抽运光，抽运光功率较大，探测光功率较小。抽运光再经过2个高反射镜的反射，与探测光相向传播重叠地通过样品池，其中探测光透过样品池后射入光电探测器。样品池内的原子气体由于热运动，只有在光传播方向上速度为零的原子能与抽运光和探测光同时共振。而抽运光强度较大，将这部分原子都抽运到激发态，即形成了饱和吸收，从而探测光在若干个共振频率上不被吸收，经过光电探测器，就可以探测到一系列消除了多普勒加宽的洛伦兹线型窄吸收峰，这就是饱和吸收光谱。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置。
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法是：原子气体样品池的后内表面和前内表面对激光光束先后产生2次部分反射，其中后内表面的部分反射称为第一次反射，前内表面的部分反射称为第二次反射，使得入射激光光束与第一次反射激光光束在原子气体样品池中发生重叠，从而产生原子气体样品对激光的饱和吸收，第二次反射激光光束与直接透过原子样品池的激光光束一起射入光电探测器，光电探测器探出第二次反射激光的饱和吸收光谱信号并在示波器上显示。
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置是：外腔半导体激光器、半波片、偏振分束器、原子气体样品池、光电探测器和示波器顺次连接，外腔半导体激光器的激光光束经过半波片、偏振分束器、原子样品池，到达光电探测器，产生电信号通过信号线传递至示波器。
所述的外腔半导体激光器为发射的激光模式为单模线偏振光的波长可调的激光器。所述的原子样品池呈圆柱体型，其前后两个内表面对光束有部分反射的特性，其放置位置为前后表面与入射光束垂直。
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置的使用方法的步骤如下：
1)打开外腔半导体激光器、并开启波长扫描；
2)在示波器上观察光电信号，同时调节外腔半导体激光器的波长直到观察到样品原子的带多普勒展宽的吸收谱线；
3)旋转半波片的快轴方向，以改变偏振分束器的分光比，使带有多普勒加宽的吸收谱线的信噪比最优化；
4)观察示波器上的吸收谱线，以目标吸收峰为中心，逐渐减小外腔半导体激光器的波长扫描范围；同时微调原子气体样品池前后端面与光束的垂直性，直到在示波器上看到叠加在带多普勒加宽的吸收峰上面的饱和吸收谱线；
5)观察示波器上的饱和吸收谱线，继续微转半波片和微调原子气体样品池位置，使饱和吸收谱线的信噪比最优化。
本发明能够利用光束在原子气体样品池内部反射的简单特性，简化传统饱和吸收谱技术的光学硬件装置，充分利用激光束在原子气体样品池内的部分反射机制，实现一种更为简易的单光束的饱和吸收光谱装置。
本发明通过精简装置，减少光学器件的应用，来提高饱和吸收谱的长期稳定性。本发明适用于各种气体原子的吸收光谱技术领域。
附图说明
图1是基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置是：外腔半导体激光器1、半波片2、偏振分束器3、原子气体样品池4、光电探测器5和示波器6顺次连接，外腔半导体激光器1的激光光束经过半波片2、偏振分束器3、原子样品池4，到达光电探测器5，产生电信号通过信号线传递至示波器。
其中，外腔半导体激光器1的作用是发射波长也即频率可调的激光光源，其出射光束具有恒定的线偏振态；半波片2的作用是旋转出射光束的偏振方向；偏振分束器3的作用是使光束中水平偏振的分量透射，竖直偏振的分量90°折射，从而可以调节射入样品池的光束功率；原子气体样品池4的作用是提供一定气压和温度的原子气，以产生吸收谱，并且样品池玻璃表面的反射特性可以使光束在样品池内多次往返；光电探测器5的作用是将入射光束的光信号转化为电信号，以便在示波器上查看和在后续电路中实现激光器稳频；示波器6的作用是查看饱和吸收光谱信号。
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法是：原子气体样品池的后内表面和前内表面对激光光束先后产生2次部分反射，其中后内表面的部分反射称为第一次反射，前内表面的部分反射称为第二次反射，使得入射激光光束与第一次反射激光光束在原子气体样品池中发生重叠，从而产生原子气体样品对激光的饱和吸收，第二次反射激光光束与直接透过原子样品池的激光光束一起射入光电探测器，光电探测器探出第二次反射激光的饱和吸收光谱信号并在示波器上显示。
基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置的使用方法的步骤如下：
1)打开外腔半导体激光器1、并开启波长扫描；
2)在示波器6上观察光电信号，同时调节外腔半导体激光器1的波长直到观察到样品原子的带多普勒展宽的吸收谱线；
3)旋转半波片2的快轴方向，以改变偏振分束器3的分光比，使带有多普勒加宽的吸收谱线的信噪比最优化；
4)观察示波器6上的吸收谱线，以目标吸收峰为中心，逐渐减小外腔半导体激光器1的波长扫描范围；同时微调原子气体样品池4前后端面与光束的垂直性，直到在示波器6上看到叠加在带多普勒加宽的吸收峰上面的饱和吸收谱线；
5)观察示波器6上的饱和吸收谱线，继续微转半波片2和微调原子气体样品池位置，使饱和吸收谱线的信噪比最优化。
本发明的工作原理：激光束经过原子气体样品池时，在其表面会发生部分反射。在原子气体样品池内部，首先是后表面反射，使光束的一部分往回传播，与入射光束相向重合，然后是前表面反射，又使光束往最初传播方向传播，并射出原子气体样品池。于是，第一次反射的光强度较弱，作为传统饱和吸收的探测光，而直接出射的光束则作为传统饱和吸收的抽运光。第二次反射的光是部分探测光，叠加在直接出射的光上面，进入光电探测器。因此，光电探测器得到的信号是多普勒展宽吸收谱线加上饱和吸收谱线。调整好原子气体样品池与光束的位置，则其中饱和吸收信号的信噪比可以满足多数对饱和吸收谱的应用，比如半导体激光器的调制稳频等等。
Claims (3)
1.一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法，其特征在于：原子气体样品池的后内表面和前内表面对激光光束先后产生2次部分反射，其中后内表面的部分反射称为第一次反射，前内表面的部分反射称为第二次反射，使得入射激光光束与第一次反射激光光束在原子气体样品池中发生重叠，从而产生原子气体样品对激光的饱和吸收，第二次反射激光光束与直接透过原子样品池的激光光束一起射入光电探测器，光电探测器探出第二次反射激光的饱和吸收光谱信号并在示波器上显示。
2.一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置，其特征在于：外腔半导体激光器(1)、半波片(2)、偏振分束器(3)、原子气体样品池(4)、光电探测器(5)和示波器(6)顺次连接，外腔半导体激光器(1)的激光光束经过半波片(2)、偏振分束器(3)、原子样品池(4)，到达光电探测器(5)，产生电信号通过信号线传递至示波器；所述的原子样品池(4)呈圆柱体型，其前后两个内表面对光束有部分反射的特性，其放置位置为前后表面与入射光束垂直。
3.根据权利要求2所述的一种基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置，其特征在于：所述的外腔半导体激光器(1)为发射的激光模式为单模线偏振光的波长可调的激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102953757A CN101995384B (zh) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102953757A CN101995384B (zh) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101995384A CN101995384A (zh) | 2011-03-30 |
| CN101995384B true CN101995384B (zh) | 2012-06-06 |
Family
ID=43785835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102953757A Expired - Fee Related CN101995384B (zh) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101995384B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105115902A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-02 | 深圳世绘林科技有限公司 | 一种基于光学积分球的分光光度计 |
| CN105762640B (zh) * | 2016-04-11 | 2021-06-11 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种用于亚多普勒饱和吸收光谱的反射式集成装置 |
| CN106773072A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 中国科学院光电研究院 | 激光整形系统与激光整形系统的检测装置 |
| CN108287150B (zh) * | 2017-12-06 | 2021-02-09 | 北京无线电计量测试研究所 | 一种原子泡中缓冲气体的检测方法及设备 |
| CN108645816B (zh) * | 2018-03-29 | 2020-12-18 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于多次反射实现饱和吸收光谱的方法 |
| CN113410754A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-17 | 华东理工大学 | 一种用于半导体激光器的微功耗小型化饱和吸收光谱装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5054921A (en) * | 1989-06-30 | 1991-10-08 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Doppler-free spectroscopy |
| JP2001015855A (ja) * | 1999-07-02 | 2001-01-19 | Topcon Corp | レーザ発振周波数安定化装置 |
| CN101442179B (zh) * | 2008-12-02 | 2010-08-11 | 浙江大学 | Dds声光调制波长锁定装置和波长锁定方法 |
| CN101593933B (zh) * | 2009-06-19 | 2010-10-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 饱和吸收鉴频装置 |
| CN201867365U (zh) * | 2010-09-27 | 2011-06-15 | 浙江大学 | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置 |
-
2010
- 2010-09-27 CN CN2010102953757A patent/CN101995384B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101995384A (zh) | 2011-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101995384B (zh) | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱方法及其装置 | |
| CN2874476Y (zh) | 基于光学整流的太赫兹时域光谱仪 | |
| CN101726362B (zh) | 太赫兹偏振分析器及太赫兹偏振测量方法 | |
| CN109142891A (zh) | 基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法 | |
| CN107462547B (zh) | 迷你型太赫兹时域光谱测试系统 | |
| CN101813619B (zh) | 利用偏振可控的太赫兹波测量双折射晶体光轴方向的方法 | |
| CN104568819A (zh) | 一种全光纤透反射一体式太赫兹时域光谱系统 | |
| CN201867365U (zh) | 基于原子气体样品池内表面反射的饱和吸收谱装置 | |
| CN106323907A (zh) | 一种光纤耦合太赫兹时域光谱测试系统 | |
| CN106872402A (zh) | 基于超连续谱激光的气体检测装置和方法 | |
| CN113008829B (zh) | 一种基于光学反馈的近红外线性腔增强吸收光谱装置 | |
| CN109755855B (zh) | 饱和吸收谱稳频激光器光路和饱和吸收谱稳频激光器 | |
| CN214472779U (zh) | 一种用于检测sf6分解气体的增强型拉曼光谱检测系统 | |
| CN105548083A (zh) | 双光路太赫兹时域光谱仪 | |
| CN110927096A (zh) | 一种基于四镜光反馈的中红外气体测量系统 | |
| CN110687093B (zh) | 一种基于束缚态光孤子的双频cars测量装置和方法 | |
| CN110632038A (zh) | 光路延时双脉冲libs装置 | |
| CN206945533U (zh) | 小型化太赫兹时域光谱仪 | |
| CN111024622B (zh) | 一种实现手持式太赫兹反射光谱探测的紧凑型探测系统 | |
| CN107917757A (zh) | 一种便携式太赫兹光谱仪 | |
| Hu et al. | Fast retrieval of atmospheric CO2 concentration based on a near-infrared all-fiber integrated path coherent differential absorption lidar | |
| CN106442379B (zh) | 基于太赫兹波的背向激光远距离检测危险物品的装置 | |
| Brown et al. | Water-vapor detection using asynchronous THz sampling | |
| CN110274885B (zh) | 宽谱带时间分辨吸收光谱单次测量装置 | |
| CN114295583A (zh) | 一种温室气体的相干测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120606 Termination date: 20120927 |