CN112834482A - 一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，包括高精密度腔、被检测气体室、拉曼光场收集部件、光电探测器以及拉曼信息分析单元，所述被检测气体室位于高精密度腔的内部，所述拉曼光场收集部件与被检测气体室相对，所述光电探测器安装在拉曼光场收集部件上，并与拉曼信息分析单元之间通过的导线对应连接。本发明所述的一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，一是在有源激光谐振腔内部，双向传播过程中可以在两个方向与被检测气体分子相互作用，同时有源谐振腔内的光场能量密度高，提高了气体拉曼信号；二是光场是行波传播，原理上避免了光场驻波节点的出现，行波光场与被检测气体分子相互作用使被检测区域光场具有较好的均匀特性。

Description

一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置。
背景技术
随着社会经济的快速发展，对生产和生活环境中的气体浓度进行检测对于人民生命财产安全、国家经济发展和自然环境保护都有着重要的意义，近几年中，由于未能及时探测生产环境中的有害气体浓度而引发的重大安全事故数不胜数，随着社会经济的飞速发展，工业化进程也在不断推进，很多有毒、易燃易爆气体作为生产原料的使用也在逐日增加，而由此带来的安全问题也变得越来越严峻；
目前，现有的拉曼检测装置在使用时，会出现光场驻波节点，其在对气体分子检测时，抗干扰能力差，且检测不准确，无法满足人们的要求，为此，我们提出一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，包括高精密度腔、圆锥体矢量光场调节器、被检测气体室、拉曼光场收集部件、光电探测器以及用于对拉曼信号收集与分析的拉曼信息分析单元，所述被检测气体室位于高精密度腔的内部，所述拉曼光场收集部件与被检测气体室相对，所述光电探测器安装在拉曼光场收集部件上，并与拉曼信息分析单元之间通过的导线对应连接。
优选的，所述高精密度腔包括激光增益部件、一号高反射腔镜、二号高反射腔镜和三号高反射腔镜，所述一号高反射腔镜、二号高反射腔镜和三号高反射腔镜两两之间的间距相等。
优选的，所述激光增益部件和圆锥体矢量光场调节器位于一号高反射腔镜和二号高反射腔镜之间。
优选的，所述被检测气体室位于二号高反射腔镜和三号高反射腔镜之间。
优选的，所述激光增益部件采用高压氦氖腔中的一种，且激光增益部件产生波长为632.8nm的激光。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一是在有源激光谐振腔内部，双向传播过程中可以在两个方向与被检测气体分子相互作用，同时有源谐振腔内的光场能量密度高，两种增加相互作用效应的方式从本质上提高了气体拉曼信号；
二是光场是行波传播，原理上避免了光场驻波节点的出现，行波光场与被检测气体分子相互作用使被检测区域光场具有较好的均匀特性，增强检测的可靠性和抗干扰能力；
三是行波光路上设置有圆锥体矢量光场调节器，圆锥体矢量光场调节器实现对光场的偏振矢量特性的调控，是光场具有矢量分布，行波光场与被检测气体分子相互作用过程中，是具有光场矢量选择特性的，通过圆锥体矢量光场调节器对光场偏振特性进行优化，可以进一步提高腔增强效果，实现高灵敏度拉曼检测。
附图说明
图1为本发明一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置整体结构的示意图。
图中：1、激光增益部件；2、一号高反射腔镜；3、二号高反射腔镜；4、三号高反射腔镜；5、圆锥体矢量光场调节器；6、被检测气体室；7、拉曼光场收集部件；8、光电探测器；9、拉曼信息分析单元。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1所示，一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，包括高精密度腔、圆锥体矢量光场调节器5、被检测气体室6、拉曼光场收集部件7、光电探测器8以及用于对拉曼信号收集与分析的拉曼信息分析单元9，所述被检测气体室6位于高精密度腔的内部，所述拉曼光场收集部件7与被检测气体室6相对，所述光电探测器8安装在拉曼光场收集部件7上，并与拉曼信息分析单元9之间通过的导线对应连接。
参照图1所示，高精密度腔包括激光增益部件1、一号高反射腔镜2、二号高反射腔镜3和三号高反射腔镜4，所述一号高反射腔镜2、二号高反射腔镜3和三号高反射腔镜4两两之间的间距相等。
参照图1所示，激光增益部件1和圆锥体矢量光场调节器5位于一号高反射腔镜2和二号高反射腔镜3之间。
参照图1所示，被检测气体室6位于二号高反射腔镜3和三号高反射腔镜4之间。
参照图1所示，激光增益部件1采用高压氦氖腔中的一种，且激光增益部件1产生波长为632.8nm的激光。
使用时，激光增益部件1、一号高反射腔镜2、二号高反射腔镜3和三号高反射腔镜4构成有源行波场增强的高精密度腔，圆锥体矢量光场调节器5是光场转化为柱矢量光场，圆锥体矢量光场调节器5的两面顶角均为光场的布鲁斯特角。被检测气体处在被检测气体室6中，在被检测气体室6中与激发光相互作用产生拉曼光信号，波长发生频移，光电探测器8对经过增益介质放大的信号进行探测，并将光信号转换成电信号输出给拉曼信息分析单元9，根据探测到的信号计算出气体浓度。
一是在有源激光谐振腔内部，双向传播过程中可以在两个方向与被检测气体分子相互作用，同时有源谐振腔内的光场能量密度高，两种增加相互作用效应的方式从本质上提高了气体拉曼信号；
二是光场是行波传播，原理上避免了光场驻波节点的出现，行波光场与被检测气体分子相互作用使被检测区域光场具有较好的均匀特性，增强检测的可靠性和抗干扰能力；
三是行波光路上设置有圆锥体矢量光场调节器5，圆锥体矢量光场调节器5实现对光场的偏振矢量特性的调控，是光场具有矢量分布，行波光场与被检测气体分子相互作用过程中，是具有光场矢量选择特性的，通过圆锥体矢量光场调节器5对光场偏振特性进行优化，可以进一步提高腔增强效果，实现高灵敏度拉曼检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，其特征在于，包括高精密度腔、圆锥体矢量光场调节器(5)、被检测气体室(6)、拉曼光场收集部件(7)、光电探测器(8)以及用于对拉曼信号收集与分析的拉曼信息分析单元(9)，所述被检测气体室(6)位于高精密度腔的内部，所述拉曼光场收集部件(7)与被检测气体室(6)相对，所述光电探测器(8)安装在拉曼光场收集部件(7)上，并与拉曼信息分析单元(9)之间通过的导线对应连接。
2.根据权利要求1所述的一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，其特征在于：所述高精密度腔包括激光增益部件(1)、一号高反射腔镜(2)、二号高反射腔镜(3)和三号高反射腔镜(4)，所述一号高反射腔镜(2)、二号高反射腔镜(3)和三号高反射腔镜(4)两两之间的间距相等。
3.根据权利要求2所述的一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，其特征在于：所述激光增益部件(1)和圆锥体矢量光场调节器(5)位于一号高反射腔镜(2)和二号高反射腔镜(3)之间。
4.根据权利要求2所述的一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，其特征在于：所述被检测气体室(6)位于二号高反射腔镜(3)和三号高反射腔镜(4)之间。
5.根据权利要求2所述的一种有源矢量光场腔增强拉曼检测装置，其特征在于：所述激光增益部件(1)采用高压氦氖腔中的一种，且激光增益部件(1)产生波长为632.8nm的激光。
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