一种双腔结构的气体拉曼检测装置的制作方法

本发明涉及一种气体浓度检测装置，具体是一种双腔结构的气体拉曼检测装置，属于物质检测分析领域。

背景技术：

随着社会经济的快速发展，人们对生态环境的保护意识逐渐提升，使得气体浓度检测的应用价值日益增强。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。因此，我们必须开发准确、及时、快速的气体浓度检测系统，对生活环境和工业生产中的有毒有害气体进行监测，防患于未然。

气体浓度检测方法有许多种，主要可以分为传统的非光学检测方法及新兴的光学检测法，非光学检测方法包括气相色谱法、电化学检测法、半导体检测法等；光学检测方法包括傅里叶变换红外光谱技术、差分吸收激光雷达技术、差分光学吸收光谱技术和可调谐半导体激光吸收光谱技术等。非气体检测的缺点有检测周期较长，实时性不够好，对气体的选择性差，稳定性不够好，不适用于在线检测。而在光学检测方法中，现有的激光气体拉曼技术，大多采用单路谐振腔，如申请号为zl201120284529.2、名为“一种录井拉曼光谱检测系统”的实用新型专利，利用激光在两面反射镜之间来回震荡，虽然有很多优点，但是依然存在一些不足之处。与先技术相比，本发明具有的优点为1)采用高压腔激光器产生的激光，不仅具有光束模式稳定，在近场传播过程中，更具有多种光束模式可调谐的特性，在保证波长稳定的情况下，可携带更多的光束信息。2)采用的垂直双腔结构的装置，与先技术相对比，结构更为简单，拉曼信号损失更小，极大的加大了光谱信号的信噪比。3)在信号增强过程中，先技术中往往采用反射镜的原理进行增强，与先技术相比，本发明所采用的激光增益原理所设计的增强结构，在光场信号传播过程中，可减少由于杂散光所带来的干扰，具有针对待测样品信号直接增强的特点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提出一种双腔结构的气体拉曼检测装置，具有结构紧凑、稳定性高、可靠度高、灵敏度高、准确度高、操作简单、信噪比较高，对探测器要求比较低等特点。

本发明的技术方案是：一种双腔结构的气体拉曼检测装置，包括激光腔反射镜、激发光增益元件、气体室、拉曼光增益元件、拉曼腔反射镜、拉曼信号探测器。激光腔左反射镜、激发光增益元件、气体室、激光腔右反射镜从左至右依次放置，且中心点在同一轴线上，拉曼腔上反射镜、下反射镜分别位于气体室的正上方和正下方，拉曼光增益元件位于气体室和下反射镜之间，拉曼信号探测器位于上反射镜正上方。

气体室左侧上部连接气体通入管，气体室右侧下部连接气体通出管。激光腔反射镜配合激发光增益元件构成的激发光谐振腔中产生激发光，待测气体从气体室入口进入，在气体室中与激发光相互作用产生拉曼光信号，波长发生频移，然后在拉曼腔反射镜配合增益元件构成的拉曼光谐振腔中进行信号增强，最后用光电探测器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，最终根据探测到的信号计算出气体浓度，达到了将微弱的拉曼信号增强的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)采用高压腔激光器产生的激光，不仅具有光束模式稳定，在近场传播过程中，更具有多种光束模式可调谐的特性，在保证波长稳定的情况下，可携带更多的光束信息。2)采用的垂直双腔结构的装置，与先技术相对比，结构更为简单，拉曼信号损失更小，极大的加大了光谱信号的信噪比。3)在信号增强过程中，先技术中往往采用反射镜的原理进行增强，与先技术相比，本发明所采用的激光增益原理所设计的增强结构，在光场信号传播过程中，可减少由于杂散光所带来的干扰，具有针对待测样品信号直接增强的特点。

附图说明

图1为本发明的一种双腔结构的气体拉曼检测装置的构成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种双腔结构的气体拉曼检测装置，包括激光腔左反射镜(1)和激光腔右反射镜(2)、激发光增益元件(3)、气体室(4)、拉曼光增益元件(5)、拉曼腔上反射镜(6)和拉曼腔下反射镜(7)、拉曼信号探测器(8)。

一种双腔结构的气体拉曼检测装置，包括激光腔反射镜、激发光增益元件、气体室、拉曼光增益元件、拉曼腔反射镜、拉曼信号探测器。激光腔左反射镜、激发光增益元件、气体室、激光腔右反射镜从左至右依次放置，且中心点在同一轴线上，拉曼腔上反射镜和下反射镜分别位于气体室的正上方和正下方，拉曼光增益元件位于气体室和拉曼腔下反射镜之间，拉曼信号探测器位于拉曼腔上反射镜正上方。气体室左侧上部连接气体通入管，气体室右侧下部连接气体通出管。激光腔反射镜配合激发光增益元件构成的激发光谐振腔中产生激发光，待测气体从气体室入口进入，在气体室中与激发光相互作用产生拉曼光信号，波长发生频移，然后在拉曼腔反射镜配合增益元件构成的拉曼光谐振腔中进行信号增强，最后用光电探测器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，最终根据探测到的信号计算出气体浓度，达到了将微弱的拉曼信号增强的目的。

本实施例的具体实现步骤为：

如图一所示，激光腔反射镜(1)(2)配合激发光增益元件(3)构成的激发光谐振腔中产生激发光，待测气体从气体室(4)入口401进入，在气体室(4)中与激发光相互作用产生拉曼光信号，波长发生频移，然后在拉曼腔反射镜(6)(7)配合拉曼光增益元件(5)构成的拉曼光谐振腔中进行信号增强，最后用光电探测器(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，最终根据探测到的信号计算出气体浓度，达到了将微弱的拉曼信号增强的目的。

本发明的双腔结构的气体拉曼检测装置实现了物质极低浓度检测，具有结构紧凑、稳定性高、可靠度高、灵敏度高、准确度高、操作简单、信噪比较高，对探测器要求比较低等特点。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种双腔结构的气体拉曼检测装置，包括左反射镜(1)和右反射镜(2)、激发光增益元件(3)、气体室(4)、拉曼光增益元件(5)、上反射镜(6)和下反射镜(7)、拉曼信号探测器(8)，其特征在于：激光腔反射镜(1)(2)配合激发光增益元件(3)构成的激发光谐振腔中产生激发光，待测气体从气体室(4)入口401进入，在气体室(4)中与激发光相互作用产生拉曼光信号，波长发生频移，然后在拉曼腔反射镜(6)(7)配合拉曼光增益元件(5)构成的拉曼光谐振腔中进行信号增强，最后用光电探测器(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，最终根据探测到的信号计算出气体浓度，达到了将微弱的拉曼信号增强的目的。

2.根据权利要求1所述的双腔结构的气体拉曼检测装置，其特征在于：所述反射镜(1)(2)(6)(7)为一种镀膜凹面镜。

3.根据权利要求1所述的双腔结构的气体拉曼检测装置，其特征在于：所述激发光增益元件(4)为高压氦氖腔中的一种，产生波长为632.8nm的激光。

4.根据权利要求1所述的双腔结构的气体拉曼检测装置，其特征在于：所述气体室(4)为玻璃材质的高压腔中的一种。

5.根据权利要求1所述的双腔结构的气体拉曼检测装置，其特征在于：所述拉曼光增益元件(5)为与待测气体对应的拉曼散射光频率相应的物质。

6.根据权利要求1所述的双腔结构的气体拉曼检测装置，其特征在于：所述拉曼信号探测器(8)为半导体光电探测器、热电探测器的一种。

技术总结
本发明涉及一种双腔结构的气体拉曼检测装置。依次放置激光腔左反射镜、激发光增益元件、气体室、激光腔右反射镜，拉曼腔上反射镜和下反射镜分别位于气体室两侧，拉曼光增益元件位于气体室和拉曼腔下反射镜之间，拉曼信号探测器位于拉曼腔上反射镜侧面。激光腔反射镜配合激发光增益元件构成的激发光谐振腔中产生激发光，待测气体在气体室中与激发光相互作用产生拉曼光信号，在拉曼光谐振腔中进行信号增强，最后用光电探测器对经过增益介质放大的信号进行探测，根据探测到的信号计算出气体浓度。本发明的双腔结构的气体拉曼检测装置具有结构紧凑、稳定性高、可靠度高、灵敏度高、准确度高、操作简单、信噪比较高，对探测器要求比较低等特点。

技术研发人员：苗玉;张磊;朱孟超;张庆立;王冠学;高秀敏
受保护的技术使用者：量敏传感技术(上海)有限公司
技术研发日：2019.03.14
技术公布日：2020.09.22