CN203786039U

CN203786039U - 一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置

Info

Publication number: CN203786039U
Application number: CN201420115349.5U
Authority: CN
Inventors: 张大伟; 王文; 高秀敏; 黄元申; 张雷洪
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2024-03-14

Abstract

本实用新型涉及一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，泵浦光会聚部件、固体激光工作介质、反射腔镜依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固体激光工作介质和反射腔镜由腔体固定和密封构成高精细度有源腔，泵浦光源出射光束经过泵浦光会聚部件汇聚到凸面向着泵浦光会聚部件的固体激光工作介质中，腔体圆柱面上设置有气体输入口、气体输出口并嵌有拉曼会聚部件，在拉曼会聚部件腔体外侧的拉曼会聚部件光轴上依次设置有滤光片和光电检测部件。整体装置结构简单、简洁、紧凑，具有稳定性好、可靠性高，不存在布鲁斯特窗口提高了检测装置的抗干扰性。可实时在线进行测量，多种气体同时测量，可以全程进行分析和监控，容易使用，操作简单，维护容易。

Description

一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种光电检测技术，特别涉及一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置。

背景技术

气体检测需求广泛存在于资源勘探、环境监测、食品安全、生命科学、医学医疗、工业过程控制、节能减排等等许多领域，并且这些领域对气体检测灵敏度和可靠性要求也越来越高。腔增强痕量气体检测技术一种灵敏度非常高的光谱检测技术，是气体检测技术的发展方向之一。在先技术中，存在基于腔增强的气体检测装置，例如，TigerOptics和Los Gatos Research公司均进行相关技术研究，开发出了系列腔增强痕量气体检测装置，此在先技术具有一定的优点，但是仍然存在不足：基于气体吸收光谱原理进行检测，气体检测时抗干扰性不高；不便于同时检测多种气体；对所检测的气体种类具有很强的选择性，检测气体种类有限；部分装置需要使用光调制器或压电陶瓷控制器，实现光束进行开关控制，导致系统复杂，仪器成本高，可靠性不强。

在先技术中，也存在基于拉曼效应的腔增强的痕量气体检测装置，参见美国Atmosphere Recovery公司的激光气体分析仪产品，以及中国实用新型专利，专利名称：一种录井用拉曼光谱气体检测系统，专利号：ZL201120284529.2，这种激光激光气体分析仪具有一定的优点，但是仍然存在不足，由于采用气体有源腔结构，即激光工作介质是气体，需要在腔内界面使用布鲁斯特窗口，这样增加了系统复杂度，提高了系统对结构件的要求，降低了装置抗干扰性和可靠性，影响现场使用适应能力。

发明内容

本实用新型是针对痕量气体检测装置结构增加布鲁斯特窗口而导致装置可靠性降低的问题，提出了一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，具有结构简洁、体积小、不存在布鲁斯特窗口、检测时抗干扰性强、同时检测多种气体、灵敏度高、适应能力强、维护容易等特点。

本实用新型的技术方案为：一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，包括泵浦光源、泵浦光会聚部件、固体激光工作介质、腔体、反射腔镜、会聚透镜、滤光片和光电检测部件，固体激光工作介质为由固体激光工作介质晶体加工成的单面凸透镜，凸面镀有激光波长高反射膜，反射率大于97%，反射腔镜为单面凹面反射镜，凹面反射面激光波长反射率大于97%，泵浦光会聚部件、固体激光工作介质、反射腔镜依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固体激光工作介质的凸面和反射腔镜的凹面均对着泵浦光会聚部件，腔体为圆柱壳体，固体激光工作介质和反射腔镜由腔体固定和密封在其中，泵浦光源出射光束经过泵浦光会聚部件汇聚到凸面向着泵浦光会聚部件的固体激光工作介质中，腔体圆柱面上对称设置有气体输入口、气体输出口，在气体输出口边圆柱柱面嵌有拉曼会聚部件，在拉曼会聚部件腔体外侧的拉曼会聚部件光轴上依次设置有滤光片和光电检测部件。

所述所述的泵浦光源为非相干光源和激光二极管中的一种。

所述的泵浦光会聚部件和拉曼会聚部件为单透镜、透镜阵列、菲涅尔透镜中的一种。

所述的固体激光工作介质为掺钕钒酸钇晶体和掺钕钇铝石榴石中的一种。

所述的光电检测部件是棱镜光谱仪、光栅光谱仪、单色仪、线阵光电传感光谱仪中的一种。

所述滤光片对拉曼光为高透过率，透过率大于99%。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，不存在布鲁斯特窗口、整体装置结构简单、简洁、紧凑，具有稳定性好、可靠性高、对机械结构要求不高等特点。提高了检测装置的抗干扰性。可实时在线进行测量，多种气体同时测量，可以全程进行分析和监控，容易使用，操作简单，维护容易。

附图说明

图1为本实用新型固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置包括：泵浦光源1、泵浦光会聚部件2、固体激光工作介质3、腔体4、反射腔镜5、会聚透镜6、滤光片7和光电检测部件8。泵浦光源1出射光束的光路上依次设置有泵浦光会聚部件2和固体激光工作介质3，泵浦光会聚部件2将泵浦光源1出射光束汇聚到固体激光工作介质3中；固体激光工作介质3是由固体激光工作介质晶体加工成的一面为凸面的透镜，固体激光工作介质3凸面镀有激光波长高反射膜，反射率大于97%，并且朝向泵浦光会聚部件2；固体激光工作介质3的非凸面一侧设置有一个反射腔镜5，反射腔镜5的高反射面为凹面，激光波长反射率大于97%，并且朝向泵浦光会聚部件2，固体激光工作介质3和反射腔镜5构成高精细度腔；固体激光工作介质3和反射腔镜5由腔体4固定和密封，腔体4为圆柱壳体，在圆柱面上对称设置有气体输入口401、气体输出口402，在气体输出口402边圆柱柱面嵌有拉曼会聚部件6，在拉曼会聚部件6腔体外侧的拉曼会聚部件6光轴上依次设置有滤光片7和光电检测部件8，滤光片7对拉曼光为高透过率，透过率大于99%。

所述的泵浦光源为非相干光源和激光二极管中的一种。

实施例，泵浦光源1为波长为808纳米的激光二极管，泵浦光会聚部件2和拉曼会聚部件6均采用单透镜，固体激光工作介质3为掺钕钒酸钇晶体，光电检测部件8是单色仪。固体激光工作介质3凸面和反射腔镜5凹面反射率在波长1064纳米波长下均为99%。滤光片7对拉曼光透过率为99.2%。

工作过程为：泵浦光源1出射光束的光路上依次设置有泵浦光会聚部件2和固体激光工作介质3，泵浦光会聚部件2将泵浦光源1出射光束汇聚到固体激光工作介质3中，泵浦光源1对固体激光工作介质3进行光泵浦，产生激光发射；固体激光工作介质3和反射腔镜5构成高精细度腔，产生多次光束反射，每次经过固体激光工作介质3，再次进行光学增益，这样产生激光，高精细度腔成为激光谐振腔，即为固体有源高精细度腔；固体激光工作介质3和反射腔镜5由腔体4固定和密封，腔体4为圆柱壳体，圆柱柱面设置有气体输入口401、气体输出口402，圆柱柱面嵌有拉曼会聚部件6，被检测气体通过气体输入口401进入腔体，通过气体输出口402流出腔体，在腔体4内被激光激发，发生受激拉曼散发；拉曼会聚部件6腔体外侧的会聚透镜6光轴上依次设置有滤光片7和光电检测部件8，拉曼散射光经拉曼会聚部件6和滤光片7后，被光电检测部件收集，光电检测部件5通过被检测气体的拉曼光谱频移和拉曼峰值强度，得到被测区8域中检测气体浓度。本实施例成功完成了氧气、氮气两种气体浓度的同时检测。本实用新型具有系统简单、体积小、不存在布鲁斯特窗口、稳定性好、可靠性高、同时检测多种气体、灵敏度高、适应能力强、维护容易等特点。

本装置将有源腔增强技术与激光拉曼检测技术相结合，基于光泵浦固体激光激发原理，由激光工作晶体和反射镜构成高精细度有源腔，采用光泵浦，在高精细度腔内形成激光激发，被检测气体置于高精细度腔内，发生受激拉曼散发，这样装置中采用固体激光工作介质，并且，固体激光工作介质起到高精细度强的一个腔镜作用，不存在布鲁斯特窗口、整体装置结构简单、简洁、紧凑，具有稳定性好、可靠性高、对机械结构要求不高等特点。

避免了常规红外腔增强技术的结构复杂，避免使用声光或电光调制器来对光束进行开关控制，也不需要光隔离器消除回返光影响，提高了检测装置的抗干扰性。具有拉曼气体检测和高精细度强检测的多重特点，可实时在线进行测量，多种气体同时测量，可以全程进行分析和监控，容易使用，操作简单，维护容易。

Claims

1.一种固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，包括泵浦光源、泵浦光会聚部件、固体激光工作介质、腔体、反射腔镜、会聚透镜、滤光片和光电检测部件，固体激光工作介质为由固体激光工作介质晶体加工成的单面凸透镜，凸面镀有激光波长高反射膜，反射率大于97%，反射腔镜为单面凹面反射镜，凹面反射面激光波长反射率大于97%，泵浦光会聚部件、固体激光工作介质、反射腔镜依次放置在泵浦光源出射光的光路上，固体激光工作介质的凸面和反射腔镜的凹面均对着泵浦光会聚部件，腔体为圆柱壳体，固体激光工作介质和反射腔镜由腔体固定和密封在其中，泵浦光源出射光束经过泵浦光会聚部件汇聚到凸面向着泵浦光会聚部件的固体激光工作介质中，腔体圆柱面上对称设置有气体输入口、气体输出口，在气体输出口边圆柱柱面嵌有拉曼会聚部件，在拉曼会聚部件腔体外侧的拉曼会聚部件光轴上依次设置有滤光片和光电检测部件。

2.根据权利要求1所述固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，所述所述的泵浦光源为非相干光源和激光二极管中的一种。

3.根据权利要求1所述固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，所述的光电检测部件是棱镜光谱仪、光栅光谱仪、单色仪、线阵光电传感光谱仪中的一种。

6.根据权利要求1所述固体有源腔增强激光拉曼气体检测装置，其特征在于，所述滤光片对拉曼光为高透过率，透过率大于99%。