CN108226077A - 相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 - Google Patents
相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108226077A CN108226077A CN201810128307.8A CN201810128307A CN108226077A CN 108226077 A CN108226077 A CN 108226077A CN 201810128307 A CN201810128307 A CN 201810128307A CN 108226077 A CN108226077 A CN 108226077A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- far field
- air
- detection
- laser
- atmospheric components
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims abstract description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- -1 nitrogen molecular ion Chemical class 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 claims description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract description 6
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000009484 FIBS Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置，将超短脉冲激光在调节光强后聚焦于远场大气，电离气体介质形成拉丝，产生新频率辐射，其中部分频率辐射携带待测大气的相关信息原路返回，并由探测系统探测从而实现区分远场大气成分的目的。简单地实现大气检测在近场进行，达到区分远场大气成分的目的。装置简单，操作简便，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种光谱领域，特别涉及一种相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置。
背景技术
超强飞秒激光脉冲在空气中传输时，由于存在非线性克尔自聚焦效应，激光强度逐渐增大，当达到气体电离阈值时，电离气体形成等离子体，而空气等离子体又会对光束产生散焦效应，当克尔自聚焦效应与等离子体散焦效应达到动态平衡时，激光脉冲在时间空间的分布上达到稳定，激光束成丝传输，形成长距离的等离子体通道，又称为等离子体丝。由于飞秒激光等离子体丝具有独特的特性，在远距离探测、激光引雷、飞秒激光加工方面有着广泛的研究前景，尤其是近年来用于远距离环境污染探测的飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术(FIBS)研究。
辐射的背向激光传输是飞秒激光以气体分子作为介质产生与原光线传输方向相反的新频率辐射。辐射背向传输可以携带远场处的信息反向传输，弥补了辐射向前传输需要在远场才能进行检测的缺点，使得检测可以在近场进行，从而可以实现大气遥感。
氮气是大气中含量最多的气体，它的分子离子分布也较为广泛，如分布在大气的电离层、宇宙空间、燃烧过程以及一些等离子体放电的过程中，是大气中一种重要的瞬态分子离子，故而在遥感等许多实际应用中有着重要作用，其光谱被广泛研究。
如何实现对大气中氮分子离子和氮气分子(N2)成分的区分，对于研究大气组成、某些化学反应过程、等离子体以及天体演化等天文物理学和完善以为检测对象的分子离子光谱检测技术具有重要意义。
发明内容
本发明是针对目前缺乏大气中氮分子离子和氮气分子(N2)成分的区分方法的问题，提出了一种相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置，将超短脉冲激光在调节光强后聚焦于远场大气，电离气体介质形成拉丝，产生新频率辐射，其中部分频率辐射携带待测大气的相关信息原路返回，并由探测系统探测从而实现区分远场大气成分的目的。
本发明的技术方案为：一种相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置，包括激光光源、二分之一波片、偏振分束片、紫外分束片、聚焦透镜、气体拉丝和紫外探测系统，从激光光源输出的超短脉冲激光经由二分之一波片、偏振分束片调控后，透过紫外分束片，经聚焦透镜聚焦于远场待测大气附近，电离待测气体介质形成拉丝，产生新频率辐射，其中337nm和391nm中心波长的光辐射在不同激光强度作用下，携带待测大气中氮气分子和氮分子离子信息原路返回，被紫外分束片反射进入紫外光谱探测系统，成丝期间，由于不同的激发机制，从气体拉丝所辐射出的337nm和391nm中心波长的两个光谱信号随着激光强度呈不同的非线性阶数变化，根据337nm和391nm中心波长的两个光谱信号在不同激光强度下的相对变化规律,对大气中氮分子离子和氮气分子进行区分检测。
本发明的有益效果在于：本发明相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置，可以通过电离远场气体介质形成拉丝，产生的部分新频率辐射携带待测大气的相关信息原路返回，简单地实现大气检测在近场进行，达到区分远场大气成分的目的。装置简单，操作简便，应用范围广。
附图说明
图1为本发明相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置结构示意图。
具体实施方式
利用337nm和391nm中心波长光的相对光谱变化规律对远场大气成分进行区分检测，就是根据337nm和391nm中心波长的两个光谱信号在不同激光强度下的相对变化规律实现对大气中氮分子离子和氮气分子(N2)成分的区分。337nm和391nm中心波长的光线分别是由N2的第二正带系统(C3Πu→B3Πg)和的第一负带系统产生的。成丝期间，由于不同的激发机制，从空气中的丝状物所辐射出的337nm和391nm中心波长两个光谱信号随着激光强度呈不同的非线性阶数变化，根据两个光谱强度与激光强度的函数关系得到大气中氮分子离子和氮气分子(N2)的信息，从而实现基于337nm和391nm中心波长光的相对光谱变化规律对远场大气成分的区分检测。
如图1所示基于337nm和391nm两相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置结构示意图，包括激光光源1、二分之一波片2、偏振分束片3、紫外分束片4、聚焦透镜5、气体拉丝6和紫外探测系统7。
从激光光源1输出的超短脉冲激光依次经过二分之一波片2和偏振分束片3调控后，透过紫外分束片4，经聚焦透镜5聚焦于远场待测大气附近，电离待测气体介质形成拉丝6，产生新频率辐射，不同频率辐射携带待测大气中不同成分状态信息原路返回，经过聚焦透镜5再次到达紫外分束片4，紫外波段被紫外分束片4反射进入紫外光谱探测系统7，远场待测大气中成分被电离产生新频率辐射，在新频率辐射作用下，相对光谱变化规律将大气中所需区分的成分区分开。
在下面的实施例子中以中心波长800nm的飞秒激光在空气介质聚焦产生新频率辐射,利用二分之一波片和偏振分束片调控光强为例，其它泵浦光源和调控强度效果与该实施方法一致。
激光器输出光中心波长为800nm，光谱范围780-820nm，脉冲宽度为100fs，平均功率为8mJ，重复频率1KHz，具体实现337nm和391nm相对光谱变化规律区分远场大气成分的过程如下：从激光光源1输出的超短脉冲激光经由二分之一波片2、偏振分束片3调控后，透过紫外分束片4(分束片对以800nm为中心的波段高透，对紫外波段高反)，经聚焦透镜5聚焦于远场待测大气附近，电离待测气体介质形成拉丝6，产生新频率辐射，其中337nm和391nm中心波长的光辐射在不同激光强度作用下，携带待测大气中氮气分子(N2)和氮分子离子信息原路返回，被紫外分束片4反射进入紫外光谱探测系统7。成丝期间，由于不同的激发机制，从气体拉丝所辐射出的337nm和391nm中心波长的两个光谱信号随着激光强度呈不同的非线性阶数变化，根据337nm和391nm中心波长的两个光谱信号在不同激光强度下的相对变化规律,对大气中氮分子离子和氮气分子(N2)进行区分，从而实现基于337nm和391nm中心波长光的相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的目的。
Claims (1)
1.一种相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置，其特征在于，包括激光光源、二分之一波片、偏振分束片、紫外分束片、聚焦透镜、气体拉丝和紫外探测系统，从激光光源输出的超短脉冲激光经由二分之一波片、偏振分束片调控后，透过紫外分束片，经聚焦透镜聚焦于远场待测大气附近，电离待测气体介质形成拉丝，产生新频率辐射，其中337nm和391nm中心波长的光辐射在不同激光强度作用下，携带待测大气中氮气分子和氮分子离子信息原路返回，被紫外分束片反射进入紫外光谱探测系统，成丝期间，由于不同的激发机制，从气体拉丝所辐射出的337nm和391nm中心波长的两个光谱信号随着激光强度呈不同的非线性阶数变化，根据337nm和391nm中心波长的两个光谱信号在不同激光强度下的相对变化规律,对大气中氮分子离子和氮气分子进行区分检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810128307.8A CN108226077A (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810128307.8A CN108226077A (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108226077A true CN108226077A (zh) | 2018-06-29 |
Family
ID=62670739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810128307.8A Pending CN108226077A (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108226077A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112798574A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-05-14 | 北京工业大学 | 一种超快激光成丝对大气组分的远程实时探测系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101793825A (zh) * | 2009-01-14 | 2010-08-04 | 南开大学 | 大气环境污染监测系统及检测方法 |
| CN102509830A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-06-20 | 长春理工大学 | 一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置 |
| CN106442379A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-02-22 | 上海理工大学 | 基于太赫兹波的背向激光远距离检测危险物品的装置 |
-
2018
- 2018-02-08 CN CN201810128307.8A patent/CN108226077A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101793825A (zh) * | 2009-01-14 | 2010-08-04 | 南开大学 | 大气环境污染监测系统及检测方法 |
| CN102509830A (zh) * | 2011-10-25 | 2012-06-20 | 长春理工大学 | 一种含有飞秒激光等离子体丝的双线传输线装置 |
| CN106442379A (zh) * | 2016-10-09 | 2017-02-22 | 上海理工大学 | 基于太赫兹波的背向激光远距离检测危险物品的装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SHENGQI XU ET.AL: "Simple method of measuring laser peak intensity inside femtosecond laser filament in air", 《OPTICS EXPRESS》 * |
| 孙晓东: "《超快激光成丝现象的多丝控制技术》", 30 June 2018, 北京理工大学出版社 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112798574A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-05-14 | 北京工业大学 | 一种超快激光成丝对大气组分的远程实时探测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW200616747A (en) | Laser-machining method, laser-machining device, and electronic apparatus | |
| CN104142226A (zh) | 一种ccd器件量子效率测量装置及方法 | |
| CN104457991A (zh) | 通过太赫兹波检测气体里德伯态精细谱线的方法 | |
| CN108226077A (zh) | 相对光谱变化规律区分检测远场大气成分的装置 | |
| Zvorykin et al. | Experimental capabilities of the GARPUN MTW Ti: sapphire–KrF laser facility for investigating the interaction of subpicosecond UV pulses with targets | |
| CN107528195A (zh) | 飞秒激光驱动金属丝的THz辐射产生装置 | |
| CN103872554B (zh) | 基于气体喷嘴组调节太赫兹脉冲产生强度的装置 | |
| CN104597598A (zh) | 一种用于拉曼探头的共焦装置 | |
| Bidelman et al. | Identification of GA II Lines in Stellar Spectra. | |
| CN107340066B (zh) | 基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法 | |
| Wang et al. | Spectral intensity clamping in linearly and circularly polarized femtosecond filament-induced Cu plasmas | |
| CN103868604A (zh) | 基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置 | |
| Houk et al. | Atomic emission spectrometry with a reduced-pressure afterglow extracted from an inductively coupled plasma | |
| Mandelstam | Excitation of the spectrum in a spark discharge | |
| CN1995996A (zh) | 一种准连续或连续激光角分辨光电子能谱分析装置 | |
| 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 | |
| EP3510677A1 (en) | Measurement device | |
| CN101655779A (zh) | 真随机数发生器 | |
| Sundström et al. | Stimulated-Raman-scattering amplification of attosecond XUV pulses with pulse-train pumps and application to local in-depth plasma-density measurement | |
| CN207036695U (zh) | 高重频激光剥离‑火花诱导击穿光谱元素分析系统 | |
| CN206974895U (zh) | 一种多光源多吸收池气相分子吸收光谱仪 | |
| Honglertkongsakul | Optical emission spectroscopy of argon plasma jet | |
| CN115276825A (zh) | 近场调控等离子体太赫兹源的方法及装置 | |
| CN112003119B (zh) | 一种长寿命双色双脉冲飞秒激光产生装置及方法 | |
| CN108279423A (zh) | 一种具有防太阳光干扰的激光测距机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180629 |