一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置

本技术涉及气体检测，特别涉及一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置。

背景技术：

1、拉曼光谱技术基于拉曼散射现象，当激光经过待测气体时，被气体分子散射的部分光频率与入射光频率不同，通过分析频率不同的散射光光谱信号可获得物质分子的结构信息，相比传统的光谱分析方法，拉曼光谱可以提供简单、可重复、无损伤、更精确的定性定量分析，对待测样品的要求不高，甚至无需样品准备，其独特优势在于支持同时在线检测多种物质，因此在材料科学、化学、生物医学和环境监测等领域得到广泛应用。

2、然而，拉曼光谱技术在痕量气体检测领域中面临着挑战，其主要原因在于气体的拉曼光谱信号极弱，约为瑞利散射强度的千分之一，远远达不到痕量气体的检测要求，如何增强气体拉曼光谱信号强度，是激光拉曼光谱在痕量气体检测领域中开展应用的关键，一方面，气体本身在拉曼光谱中的信号弱，需要较强的激光能够产生足够的拉曼散射信号；另一方面，由于气体分子自由运动引起的多普勒频移以及光程差带来的频率偏移等效应，常规的拉曼光谱技术往往需要复杂的频率校准和光路调整，限制了其在实际气体检测中的应用。

3、在现有技术中，拉曼光谱技术已经使用谐振腔提高光谱信号强度以提高拉曼光谱检测的灵敏度，但传统方案仍然存在着需要缺点与不足，现有的技术，设备的结构复杂，零部件多，稳定性较差，并且搭建过程中人力物力消耗巨大以及应用调试困难等问题，特别是当进行实际应用时，由于传统方案中的谐振腔需要采用复杂的伺服反馈锁定技术进行共振腔长的锁定，降低了传统技术的实用性。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，用以解决现有的腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置结构复杂，零部件多，稳定性差以及需要采用复杂的伺服反馈锁定技术进行共振腔长的锁定的问题。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，包括连续变量单频激光发射器，连续变量单频激光发射器一侧设置有隔离器，且隔离器一侧设置有模式匹配器，模式匹配器一侧设置有第一反射镜，且第一反射镜底部设置有偏振控制器，偏振控制器底部设置有第二反射镜，且第二反射镜一侧设置有谐振腔射入镜。

3、优选的，谐振腔射入镜一侧设置有腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器，且腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器一侧设置有谐振腔输出镜，谐振腔输出镜一侧设置有压电陶瓷，且压电陶瓷一侧设置有谐振腔组件，谐振腔组件与压电陶瓷电性连接。

4、优选的，模式匹配器包括凸透镜和凹透镜，凸透镜设置在靠近隔离器的一侧，且凹透镜设置在凸透镜的一侧，且凸透镜和凹透镜的中心位于同一直线上，且腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器位于这一直线的垂线上。

5、优选的，腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器包括凹面回收镜、滤光片、第一聚焦透镜、第一探测器和功分器，凹面回收镜底部设置有滤光片，且滤光片底部设置有第一聚焦透镜，第一聚焦透镜底部设置有第一探测器，且第一探测器一侧电性连接有功分器，功分器与谐振腔组件电性连接。

6、优选的，谐振腔射入镜、压电陶瓷和谐振腔输出镜组成两镜谐振腔，且谐振腔射入镜、压电陶瓷和谐振腔输出镜三者中心位于同一直线。

7、优选的，谐振腔组件包括第二探测器、第二聚焦透镜、高压放大器、示波器、增强电荷耦合器件、信号源收发器和分束器，第二探测器一侧电性连接有功分器，功分器其中一侧电性连接有示波器，功分器另一侧电性连接有增强电荷耦合器件，信号源收发器其中一侧电性连接有高压放大器，高压放大器与压电陶瓷电性连接，信号源收发器另一侧电性连接有分束器，分束器其中一侧电性连接有增强电荷耦合器件，分束器另一侧电性连接有示波器。

8、优选的，示波器与第二探测器电性连接，且第二探测器一侧设置有第二聚焦透镜。

9、优选的，偏振控制器为二分之一波片。

10、本实用新型提供的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其优点在于：本实用新型结构简单，零部件少，适合大范围推广，同时提供腔增强强度免校准的拉曼光谱气体检测装置不需要复杂的反馈控制技术，只需扫描谐振腔的腔长并同步触发采集第二探测器的光谱信号，利用高压放大器和信号源收发器来对压电陶瓷进行调节，保证了谐振腔的腔长可扫描，实现了拉曼光谱信号的测量，操作简单、结果精确直观，降低了设备的操作难度，提升了设备的实用性。

技术特征：

1.一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，包括连续变量单频激光发射器（1），其特征在于：所述连续变量单频激光发射器（1）一侧设置有隔离器（2），且隔离器（2）一侧设置有模式匹配器（3），模式匹配器（3）一侧设置有第一反射镜（4），且第一反射镜（4）底部设置有偏振控制器（5），偏振控制器（5）底部设置有第二反射镜（6），且第二反射镜（6）一侧设置有谐振腔射入镜（7）。

2.根据权利要求1所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述谐振腔射入镜（7）一侧设置有腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器（8），且腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器（8）一侧设置有谐振腔输出镜（11），谐振腔输出镜（11）一侧设置有压电陶瓷（10），且压电陶瓷（10）一侧设置有谐振腔组件（9），谐振腔组件（9）与压电陶瓷（10）电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述模式匹配器（3）包括凸透镜（301）和凹透镜（302），凸透镜（301）设置在靠近隔离器（2）的一侧，且凹透镜（302）设置在凸透镜（301）的一侧，且凸透镜（301）和凹透镜（302）的中心位于同一直线上。

4.根据权利要求2所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器（8）包括凹面回收镜（801）、滤光片（802）、第一聚焦透镜（803）、第一探测器（804）和功分器（805），凹面回收镜（801）底部设置有滤光片（802），且滤光片（802）底部设置有第一聚焦透镜（803），第一聚焦透镜（803）底部设置有第一探测器（804），且第一探测器（804）一侧电性连接有功分器（805），功分器（805）与谐振腔组件（9）电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述谐振腔射入镜（7）、压电陶瓷（10）和谐振腔输出镜（11）组成两镜谐振腔，且谐振腔射入镜（7）、压电陶瓷（10）和谐振腔输出镜（11）三者中心位于同一直线，且腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器（8）位于这一直线的垂线上。

6.根据权利要求4所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述谐振腔组件（9）包括第二探测器（901）、第二聚焦透镜（902）、高压放大器（903）、示波器（904）、增强电荷耦合器件（905）、信号源收发器（906）和分束器（907），第二探测器（901）一侧电性连接有功分器（805），功分器（805）其中一侧电性连接有示波器（904），功分器（805）另一侧电性连接有增强电荷耦合器件（905），信号源收发器（906）其中一侧电性连接有高压放大器（903），高压放大器（903）与压电陶瓷（10）电性连接，信号源收发器（906）另一侧电性连接有分束器（907），分束器（907）其中一侧电性连接有增强电荷耦合器件（905），分束器（907）另一侧电性连接有示波器（904）。

7.根据权利要求6所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述示波器（904）与第二探测器（901）电性连接，且第二探测器（901）一侧设置有第二聚焦透镜（902）。

8.根据权利要求1所述的一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，其特征在于：所述偏振控制器（5）为二分之一波片。

技术总结
本技术公开了一种腔增强强度免校准拉曼光谱气体检测装置，包括连续变量单频激光发射器，连续变量单频激光发射器一侧设置有隔离器，且隔离器一侧设置有模式匹配器，模式匹配器一侧设置有第一反射镜，且第一反射镜底部设置有偏振控制器，偏振控制器底部设置有第二反射镜，且第二反射镜一侧设置有谐振腔射入镜，所述谐振腔射入镜一侧设置有腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器，且腔增强噪声免疫的拉曼光谱探测器一侧设置有谐振腔输出镜，谐振腔输出镜一侧设置有压电陶瓷，本技术只需扫描谐振腔的腔长并同步触发采集第二探测器的光谱信号，利用高压放大器和信号源收发器来对压电陶瓷进行调节，即可实现拉曼光谱信号的测量。

技术研发人员：孙小聪,宫廷,田亚莉,郭古青,邱选兵,李传亮
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：20231207
技术公布日：2024/10/10