CN202002883U - 小型饱和吸收光谱装置 - Google Patents

Abstract

一种小型饱和吸收光谱装置，在底板上的左侧设激光器，激光器右侧激光出射的第一条水平光轴方向设二分之一波片，二分之一波片右侧第一条水平光轴方向设第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的反射方向设第二偏振分光棱镜，第二偏振分光棱镜的左侧第二水平光轴方向设第二光电接收器，第一偏振分光棱镜和和第二偏振分光棱镜右侧设样品池，样品池的右侧第一偏振分光棱镜的出射方向设第一光电接收器、第二偏振分光棱镜的直射光方向设四分之一波片，四分之一波片右侧第二条水平光轴方向设全反镜，底板的右侧设通过导线与第一光电接收器和第二光电接收器的相连的差分放大器，差分放大器的右侧设通过导线与差分放大器相连的示波器。

Description

小型饱和吸收光谱装置

技术领域

本实用新型属于激光光谱技术领域，具体涉及到一种饱和吸收光谱装置。

背景技术

饱和吸收光谱是一种高灵敏、高分辨率的激光光谱，它为研究原子、分子的能级结构，测定原子、分子的未知参量及材料的分析与测试等方面提供了强有力的工具，并且随着光谱技术及测量精度的不断提高，显示出越来越重要的作用，在量子光学、冷原子、光通讯、激光频率稳定等方面有广泛的应用。

饱和吸收光谱需要用到3束激光，分别为抽运光、探测光和参考光。其中，探测光和抽运光在空间上路径重合相向传输与原子能级相互作用产生一路信号，参考光直接与原子作用后产生另一路信号，两路信号相减后获得饱和吸收光谱谱线。

饱和吸收谱的方法由K.B.MacAdam，A.Steinbach and C.Wieman在刊物Am.J.Phys.60(12)，1992，1092-1111首先提出。激光器发出的激光入射到厚波璃片上，前表面反射光作为参考光，后表面反射光作为探测光，透射光为抽运光。抽运光经过2个反射镜改变传输方向，与探测光重合，但传输方向相反。各个光电探测器分别把探测光和参考光光强信号转化为电流信号，经过差分放大器相减后输出，连接到示波器即可观察和记录饱和吸收谱。这种方法所用光学器件都是简单的器件，容易构建。但是，采用的两个反射镜来改变激光传输方向，需要占用很大的体积，不易实现小型化，无法在一些特殊的场合，如野外、空间等应用。

为了解决饱和吸收谱装置的小型化问题，专利申请号为200910053423.9的中国发明专利，公开了一种饱和吸收谱装置，其采用光楔产生所需的探测光和参考光来获得饱和吸收光谱。但是，由于参考光是抽运光的一部分反射而来的，不能准确地反应光谱的多普勒背景谱线，导致最后输出的饱和吸收光谱不能准确反映原子、分子的内部能级结构。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有饱和光谱吸收装置的不足，提供一种能够准确地输出饱和吸收光谱谱线的小型饱和吸收光谱装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底板上的左侧设置有激光器，激光器右侧激光出射的第一条水平光轴方向设置有二分之一波片，二分之一波片右侧第一条水平光轴方向设置有第一偏振分光棱镜，第一偏振分光棱镜的反射方向设置有第二偏振分光棱镜，第二偏振分光棱镜的左侧第二水平光轴方向设置有第二光电接收器，第一偏振分光棱镜的右侧和第二偏振分光棱镜右侧设置有样品池，样品池的右侧第一偏振分光棱镜的出射方向设置有第一光电接收器、第二偏振分光棱镜的直射光方向设置有四分之一波片，四分之一波片右侧第二条水平光轴方向设置有全反镜，底板的右侧设置有输入端与第一光电接收器和第二光电接收器的输出端相连的差分放大器，差分放大器的右侧设置有输入端与差分放大器的输出端相连的示波器。

本实用新型的第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的消光比为500～1500∶1，第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜。

本实用新型的全反镜的镜面上真空蒸镀有4～6层三氧化二铝反射膜。

本实用新型的二分之一波片为零级波片，二分之一波片镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜，二分之一波片的中心波长与激光器发射的激光波长相同。

本实用新型的四分之一波片的镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜。

本实用新型采用偏振分光棱镜分光的方法，简化了系统光路，实现了饱和吸收光谱装置的小型化，并且能准确输出饱和吸收光谱，可广泛用于量子光学、冷原子、光通讯、激光频率稳定等领域。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和各实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的小型饱和吸收光谱装置由激光器1、二分之一波片2、第一偏振分光棱镜3、样品池4、第一光电接收器5、差分放大器6、示波器7、全反镜8、四分之一波片9、第二偏振分光棱镜10、第二光电接收器11、底板12联接构成。

在底板12的左侧用螺纹紧固联接件固定安装有激光器1，本实施例的激光器1为可调谐激光器，型号为TLB7013，由Newfocus公司生产，激光器1发射的激光波长为780纳米。底板12上激光器1右侧激光出射的第一条水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有二分之一波片2，本实施例的二分之一波片2为零级波片，二分之一波片2镜面上真空蒸镀有12层硒化锌增透膜，二分之一波片2的中心波长与激光器1发射的激光波长相同。底板12上二分之一波片2右侧第一条水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有第一偏振分光棱镜3，本实施例的第一偏振分光棱镜3的消光比为1000∶1，第一偏振分光棱镜3入射光面和出射光面真空蒸镀有12层硒化锌增透膜。底板12上第一偏振分光棱镜3反射方向用螺纹紧固联接件固定安装有第二偏振分光棱镜10，第二偏振分光棱镜10的结构与第一偏振分光棱镜3相同。底板12上第二偏振分光棱镜10左侧第二条水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有第二光电接收器11，第二光电接收器11的镜面上真空蒸镀有4层三氧化二铝反射膜，第二光电接收器11用于接收经第二个偏振分光棱镜10反射的激光，第二光电接收器11的光电转换效率为500mV/mW，第二光电接收器11将所接收的激光转换成电信号输出。底板12上第一偏振分光棱镜3和第二偏振分光棱镜10的右侧用螺纹紧固联接件固定安装有样品池4，本实施例的样品池4内充有待分析的样品铷，样品池4内的物质还可为铯、钾、甲烷等。底板12上样品池4右侧第一偏振分光棱镜3的第一条水平出射光方向用螺纹紧固联接件固定安装有第一光电接收器5，第一光电接收器5的结构与第二光电接收器11的结构相同，激光器1、二分之一波片2、第一偏振分光棱镜3、第一光电接收器5的中心线位于第一条水平光轴上，第一光电接收器5用于接收经第一个偏振分光棱镜3透射的激光，激光器1发出的激光依次穿过二分之一波片2、第一偏振分光棱镜3、样品池4，到第一光电接收器5，第一光电接收器5将所接收的激光转换成电信号输出。底板12上样品池4的右侧第二偏振分光棱镜10的直射光方向用螺纹紧固联接件固定安装有四分之一波片9，四分之一波片9的镜面上真空蒸镀有10层硒化锌增透膜，底板12上四分之一波片9的右侧第二水平光轴方向用螺纹紧固联接件固定安装有全反镜8，全反镜8的镜面上真空蒸镀有5层三氧化二铝反射膜。第二光电接收器11、第二偏振分光棱镜10、四分之一波片9、全反镜8的中心线位于第二条水平光轴上。

底板12的右侧设置有差分放大器6，本实施例的差分放大器6的放大倍数为10，第一光电接收器5和第二光电接收器11的输出端通过导线与差分放大器6的输入端相连，差分放大器6将第一光电接收器5和第二光电接收器11的输出的电信号进行放大。差分放大器6的右侧设置有示波器7，差分放大器6的输出端通过导线与示波器7的输入端相连，差分放大器6输出电信号到示波器7中，示波器7可显示出饱和吸收光谱谱线。

实施例2

本实施例的二分之一波片2的镜面上真空蒸镀有8层硒化锌增透膜，第一偏振分光棱镜3的消光比为500∶1，第一偏振分光棱镜3入射光面和出射光面真空蒸镀有8层硒化锌增透膜，第二偏振分光棱镜10的消光比为500∶1，第二偏振分光棱镜10入射光面和出射光面真空蒸镀有8层硒化锌增透膜，全反镜8的镜面上真空蒸镀有4层三氧化二铝反射膜，四分之一波片9的镜面上真空蒸镀有8层硒化锌增透膜。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例的二分之一波片2的镜面上蒸镀有12层硒化锌增透膜，第一偏振分光棱镜3的消光比为1500∶1，第一偏振分光棱镜3入射光面和出射光面真空蒸镀有12层硒化锌增透膜，第二偏振分光棱镜10的消光比为1500∶1，第二偏振分光棱镜10入射光面和出射光面真空蒸镀有12层硒化锌增透膜，全反镜8的镜面上真空蒸镀有6层三氧化二铝反射膜，四分之一波片9的镜面上蒸镀有12层硒化锌增透膜。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

本实用新型的工作过程如下：

激光器1发出的激光经过二分之一波片2和第一偏振分光棱镜3后分成具有不同偏振方向的两束光，其中一束光通过样品池4后作为参考光信号被第一光电接收器5接收并转换为电信号；另一束激光作为抽运光通过第二个偏振分光棱镜10后被反射依次通过样品池4、四分之一波片9、全反镜8，经全反镜8反射后的激光作为探测光再次通过四分之一波片9使偏振状态发生翻转，通过样品池4后透过第二偏振分光棱镜10射出，由第二个光电接收器11接收并转换为电信号，第一光电接收器5和第二光电接收器11输出的信号经导线输入到差分放大器6进行放大，差分放大器6输出信号到示波器7，示波器7显示出饱和吸收光谱谱线。

Claims (5)

1.一种小型饱和吸收光谱装置，其特征在于：在底板(12)上的左侧设置有激光器(1)，激光器(1)右侧激光出射的第一条水平光轴方向设置有二分之一波片(2)，二分之一波片(2)右侧第一条水平光轴方向设置有第一偏振分光棱镜(3)，第一偏振分光棱镜(3)的反射方向设置有第二偏振分光棱镜(10)，第二偏振分光棱镜(10)的左侧第二水平光轴方向设置有第二光电接收器(11)，第一偏振分光棱镜(3)的右侧和第二偏振分光棱镜(10)右侧设置有样品池(4)，样品池(4)的右侧第一偏振分光棱镜(3)的出射方向设置有第一光电接收器(5)、第二偏振分光棱镜(10)的直射光方向设置有四分之一波片(9)，四分之一波片(9)右侧第二条水平光轴方向设置有全反镜(8)，底板(12)的右侧设置有输入端与第一光电接收器(5)和第二光电接收器(11)的输出端相连的差分放大器(6)，差分放大器(6)的右侧设置有输入端与差分放大器(6)的输出端相连的示波器(7)。

2.按照权利要求1所述的小型饱和吸收光谱装置，其特征在于：所说的第一偏振分光棱镜(3)和第二偏振分光棱镜(10)的消光比为500～1500∶1，第一偏振分光棱镜(3)和第二偏振分光棱镜(10)的镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜。

3.按照权利要求1所述的小型饱和吸收光谱装置，其特征在于：所说的全反镜(8)的镜面上真空蒸镀有4～6层三氧化二铝反射膜。

4.按照权利要求1所述的小型饱和吸收光谱装置，其特征在于：所说的二分之一波片(2)为零级波片，二分之一波片(2)镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜，二分之一波片(2)的中心波长与激光器(1)发射的激光波长相同。

5.按照权利要求1所述的小型饱和吸收光谱装置，其特征在于：所说的四分之一波片(9)的镜面上真空蒸镀有8～12层硒化锌增透膜。

Images