CN217605647U

CN217605647U - 一种光腔衰荡光谱光路稳定装置

Info

Publication number: CN217605647U
Application number: CN202123316763.1U
Authority: CN
Inventors: 邵杰; 梁荫杰; 吴琼; 付松琳; 陈达如
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2031-12-28

Abstract

本实用新型公开了一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，包括光源、光路调节模块、无源谐振腔、高阻尼系数合金板以及信号探测模块。激光光束由光纤准直器输出，经反射镜以及匹配透镜调整后使激光TEM₀₀模与谐振腔共振实现模式匹配，同时抑制高阶横模；光路调节模块以及信号探测模块固定在高阻尼系数合金板上，减少了环境振动对光路的影响，保持了光腔衰荡光谱产品在运输过程中保持TEM₀₀输出。该装置不需要专业人员对光路重新调节，有效保证光腔衰荡光谱技术的测量精度和稳定性。

Description

一种光腔衰荡光谱光路稳定装置

技术领域

本实用新型涉及光腔衰荡光谱技术领域，尤其涉及一种光腔衰荡光谱光路稳定装置。

背景技术

光腔衰荡光谱技术是一种基于高精细度谐振腔的吸收光谱技术，具有检测极限低、高灵敏度、免定标等优点。激光进入谐振腔后，由于腔镜的反射率极高，激光能在谐振腔内往返多次，激光与物质的作用距离很长，通过测量存在气体吸收和不存在气体吸收时透过谐振腔的强度衰减信息，即可推算出气体的浓度。

对于光腔衰荡光谱技术而言，模式匹配是测量过程的重要一环，即激光的光轴需要和谐振腔的光轴同轴，否则将激发高阶模式，造成测量误差。传统的光腔衰荡光谱技术利用光学调整架固定反射镜，将光路调节模块与谐振腔腔体以及信号探测模块用内六角螺丝固定在一块光学面包板上，以减少环境振动对光路的影响。但在实际应用中，该方法仍容易受到外界影响破坏模式匹配，需要工作人员花费较多的时间调节光路。因此，设计一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，对于光腔衰荡光谱技术的产品化具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，减少环境振动对光路的影响，提高系统的稳定性。

本实用新型采用如下技术方案：

一种光腔衰荡光谱光路稳定装置包括：光源、光路调节模块、无源谐振腔、高阻尼系数合金板以及信号探测模块。

所述光源包括氦氖激光器和DFB激光器，氦氖激光器产生的激光透过无源谐振腔形成干涉光斑，对光路进行初步调节；DFB激光器产生的激光对光路进行细调并用于对检测对象的光谱测量。

所述光路调节模块，包括光纤准直器、第一反射镜、匹配透镜、第二反射镜、第三反射镜。

优选地，光纤准直器与DFB激光器输出波长匹配。

优选地，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜为方形镜，表面镀有覆盖氦氖激光波长(632.8nm)以及目标气体吸收波段的反射膜，其中第一反射镜背面镀有氦氖激光波长(632.8nm)的增透膜，均用AB胶固定在高阻尼系数合金板上。

所述无源谐振腔，包括谐振腔腔体、腔镜以及腔体固定件。

优选地，腔体固定件为立方体结构，端面开设4个螺纹孔，与谐振腔腔体用内六角螺丝固定，底部焊接在高阻尼系数合金板上。

所述高阻尼系数合金板为锰铜合金板。

所述信号探测模块，包括聚焦透镜以及高速探测器。

本实用新型设计的光腔衰荡光谱光路稳定装置，有益效果在于：采用高阻尼系数合金板作为连接谐振腔腔体与光路调节模块的固定板，将光路调节模块与谐振腔腔体构成同一整体。一方面，高阻尼系数合金板可衰减外部环境导致的振动，另一方面，光路调节模块与无源谐振腔之间相对位置不变，从而保证了运输和使用过程中光路的稳定。另外，用AB胶代替镜片调整架固定镜片，保持激光耦合进入无源谐振腔保持TEM₀₀模式匹配且不激发高阶模式。

与现有的光路固定结构相比，不需要专业人员对光路进行重新调节，有效保证了光腔衰荡光谱技术的测量精度和稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1光腔衰荡光谱光路稳定装置的结构示意图

图2腔体固定件结构示意图

图3氦氖激光形成的同心圆环示意图

图中1、氦氖激光器；2、DFB激光器；3、调制器；4、光纤隔离器；5、光纤准直器；6、第一反射镜；7、匹配透镜；8、第二反射镜；9、第三反射镜；10、谐振腔腔体；11、聚焦透镜；12、高速探测器；13、第一高阻尼系数合金板；14、第二高阻尼系数合金板；15、前腔镜；16、后腔镜；17、腔体固定件；171、螺纹孔。

具体实施方式

本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，光腔衰荡光谱光路稳定装置包括光源、光路调节模块、无源谐振腔、高阻尼系数合金板以及信号探测模块。

所述光源包括氦氖激光器1以及DFB激光器2，其中DFB激光器2的激光光束依次通过调制器3、光纤隔离器4及光纤准直器5后输出。

所述光路调节模块包括光纤准直器5、第一反射镜6、匹配透镜7、第二反射镜8和第三反射镜9。

所述无源谐振腔包括谐振腔腔体10、前腔镜15、后腔镜16以及腔体固定件17，前腔镜15、后腔镜16为凹面反射镜，曲率半径均为1m，固定在谐振腔腔体10两端，谐振腔腔体10材料为殷钢，长度为50cm，符合稳定腔条件，其中谐振腔腔体10两端通过腔体固定件17上的螺纹孔171固定(图2)，腔体固定件17底部分别与第一高阻尼系数合金板13、第二高阻尼系数合金板14焊接。

所述信号探测模块包括聚焦透镜11以及高速探测器12，调整聚焦透镜11的位置，使氦氖光聚焦在高速探测器12的光敏面上。

光腔衰荡光谱光路稳定装置调节步骤如下：

(1)、开启氦氖激光器1，氦氖激光依次通过第一反射镜6、匹配透镜7、第二反射镜8和第三反射镜9后进入谐振腔腔体10，调整镜片夹具的位置和角度让透过前腔镜15和后腔镜16的氦氖光形成同心圆环(图3)，完成光路的初步调节。

(2)、用AB胶将聚焦透镜11以及高速探测器12固定在第二高阻尼系数合金板14上。

(3)、开启DFB激光器2，调整第一反射镜6及光纤准直器5的位置和角度，实现DFB激光光束与氦氖激光光束同轴输出。

(4)、关闭氦氖激光器1，开启高速探测器12，根据高速探测器12接收的的光信号微调第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9，使DFB激光器2的TEM₀₀模与无源谐振腔共振实现模式匹配，同时抑制高阶横模，完成光路的细调。

(5)、用AB胶将第一反射镜6、匹配透镜7、第二反射镜8和第三反射镜9固定在第一高阻尼系数合金板13上，待AB胶固化后撤走镜片夹具。

采用高阻尼系数合金板固定光腔衰荡光谱的各个组件，降低了环境振动对光腔衰荡光谱光路的影响，提高了系统的稳定性的同时，使用更加便捷。

Claims

1.一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，其特征在于：包括光源、光路调节模块、无源谐振腔、高阻尼系数合金板以及信号探测模块；所述光源包括氦氖激光器(1)和DFB激光器(2)；所述光路调节模块包括光纤准直器(5)、第一反射镜(6)、匹配透镜(7)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)，均用AB胶固定在第一高阻尼系数合金板(13)上；所述无源谐振腔包括谐振腔腔体(10)、前腔镜(15)、后腔镜(16)和腔体固定件(17)，谐振腔腔体(10)固定在腔体固定件(17)上，前腔镜(15)、后腔镜(16)固定在谐振腔腔体(10)两端；所述第一高阻尼系数合金板(13)、第二高阻尼系数合金板(14)焊接在腔体固定件(17)上；所述信号探测模块包括聚焦透镜(11)和高速探测器(12)，均用AB胶固定在第二高阻尼系数合金板(14)上。

2.根据权利要求1所述的一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，其特征在于：第一反射镜(6)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)为方形镜，表面镀有覆盖632.8nm以及目标气体吸收波段的反射膜，其中第一反射镜(6)背面镀有632.8nm的增透膜。

3.根据权利要求1所述的一种光腔衰荡光谱光路稳定装置，其特征在于：第一高阻尼系数合金板(13)、第二高阻尼系数合金板(14)材质为锰铜合金。