一种腔衰荡光谱光路准直系统及方法与流程

本发明涉及腔衰荡光谱光路准直技术领域，尤其是涉及一种腔衰荡光谱光路准直系统及方法。

背景技术：

光腔衰荡光谱(cavityring-downspectroscopy，crds)是一种非常灵敏的光谱学方法。它可用来探测样品的绝对的光学消光，包括光的散射和吸收。它已经被广泛地应用于探测气态样品在特定波长的吸收，并可以在万亿分率的水平上确定样品的摩尔分数。这种方法也被称作激光光腔衰荡吸收光谱(cavityring-downlaserabsorptionspectroscopy，crlas)。

一台典型的光腔衰荡光谱装置包含了一个用于照亮高精细度光学谐振腔的激光光源，和构成谐振腔的两面高反射率反射镜。当激光和谐振腔的模式共振时，腔内光强会因相长干涉迅速增强。之后激光被迅速切断，以探测从腔中逸出光强的指数衰减。在衰减中，光在反射镜间被来回反射了成千上万次，由此带来了几到几十公里的有效吸收光程。

如果吸光物质被放置在谐振腔内，则腔内光子的平均寿命会因被吸收而减少。一套光强衰荡光谱装置测量的是，光强衰减为之前强度的1/e所需要的时间，这个时间被称为“衰荡时间”可以被用来计算腔内吸光物质的浓度。

由于光腔衰荡光谱中有构成谐振腔的两面高反射率反射镜，当反射镜没有准直时，探测器将无法探测到光学信号。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种腔衰荡光谱光路准直系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种腔衰荡光谱光路准直系统，包括：

ccd摄像头，用于判断光路是否准直；

pd探测器，用于检测腔衰荡信号；

反射镜，用于将激光器发射的光耦合进入光学谐振腔中；

光阑，用于判断光学谐振腔的位置；

针孔块，用于准直光学谐振腔。

进一步地，所述的光学谐振腔由两个曲面反射镜组成。

进一步地，所述曲面反射镜为反射率为99.98的曲面反射镜。

进一步地，所述反射镜为平面反射镜。

进一步地，所述针孔块的结构为圆柱体结构，所述圆柱体结构的一端设有凹面。

进一步地，所述凹面的中心位置处还设有凹槽。

进一步地，所述凹槽的结构为圆锥体结构，所述圆锥体结构的顶端设有圆孔。

一种采用所述的腔衰荡光谱光路准直系统的腔衰荡光谱光路准直方法，包括以下步骤：

步骤1：在组成所述光学谐振腔的两个曲面反射镜位置处按顺序放置所述针孔块并利用白纸以确定所述反射镜最佳位置；

步骤2：将所述反射镜处于最佳位置时对应的所述针孔块取下，按顺序放置组成所述光学谐振腔的两个曲面反射镜以使两个所述曲面反射镜反射回的光经过所述光阑中心位置；

步骤3：改变所述光学谐振腔的两个曲面反射镜的位置，利用所述ccd摄像头判断光路的光强是否为设定的最大值，满足设定的最大值后则光路准直调节完毕。

进一步地，所述的最大值为所述激光器发射的光的光强的95％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)操作简便，本发明采用的ccd摄像头，用于判断光路是否准直；pd探测器，用于检测腔衰荡信号；反射镜，用于将激光器发射的光耦合进入光学谐振腔中；光阑，用于判断光学谐振腔的位置；针孔块，用于准直光学谐振腔的技术方案，仅需调整各个部件的位置并按照本发明的按次序换位方法便可完成腔衰荡光谱光路准直操作，整体操作简便，易于实现。

(2)成本低廉，本发明所采用的针孔块，结构简单，成本低廉，并且其余的设备如ccd摄像头、曲面或平面反射镜和pd探测器均易于获得，价格也不高，使得本发明的整个系统总体成本低廉，易于实现。

附图说明

图1为本发明的系统的整体结构示意图；

图2为本发明的针孔块的结构示意图；

附图标号说明：

1为ccd摄像头；2为pd探测器；3为平面反射镜；4为光阑；5为针孔块；6为曲面反射镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

设定：图1中的靠近激光器的平面反射镜为r1，与平面反射镜r1对称的为平面反射镜r2，光阑取名为iris，从左往右设定组成光学谐振腔的两个曲面反射镜m1和m2，并设定对应的针孔块为p1和p2。

如图1和图2所示为本发明一种腔衰荡光谱光路准直系统的整体结构及针孔块5结构的示意图，包括：ccd摄像头1，用于判断光路是否准直；pd探测器2，用于检测腔衰荡信号；反射镜为平面反射镜3，用于将激光器发射的光耦合进入光学谐振腔中；光阑4，用于判断光学谐振腔的位置；针孔块5，针孔块5的结构为圆柱体结构，圆柱体结构的一端设有凹面，凹面的中心位置处还设有凹槽，凹槽的结构为圆锥体结构，圆锥体结构的顶端设有圆孔，用于准直光学谐振腔，光学谐振腔由两个曲面反射镜6组成，并且两个曲面反射镜6反射率均为99.98。

本实施例包括两个反射率为99.98的反射镜m1和m2组成的谐振腔，r1和r2用来将激光器发射的光耦合进入谐振腔中，探测器pd用来检测腔衰荡信号，ccd摄像头用来判断光束是否准直。

当光束没有准直时，ccd摄像头和pd探测器中无法接收到光学信号，具体准直步骤为：

1：将高反射率反光镜m1和m2取下，在m1处放置针孔p1，针孔如图2所示。p1用来准直反光镜r1。调整r1的位置使ccd摄像机接收到的信号最强。

2：在m2处放置另一个针孔p2，p2用来准直反光镜m2，在针孔p2的后方放置一张白纸，调节r2的位置使白纸上的光强最大。

3：将p2取下，调节m1使ccd摄像机接收到的信号最强。

4：在m2处放置针孔p2，在针孔p2的后方放置一张白纸，调节r2的位置使白纸上的光强最大。

5：重复步骤2-4直至r1和r2调节至最佳位置。

6：通过以上步骤，激光器发出的光会在腔衰荡谐振器的中轴线处。

7：将p1和p2取下，将m1放回。改变m1的位置，使从m1反射回的光经过光阑iris中心位置。

8：将m2放回。改变m2的位置，使从m2反射回的光经过光阑iris中心位置。

9：改变m1和m2的位置，利用ccd摄像机观察判断光路的光强是否为激光器发射的光的光强的95％，至此，光路调节完毕。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种腔衰荡光谱光路准直系统及方法，系统包括：CCD摄像头、PD探测器、反射镜、光阑和针孔块，方法包括以下步骤：步骤1：在组成所述光学谐振腔的两个曲面反射镜位置处按顺序放置所述针孔块并利用白纸以确定所述反射镜最佳位置；步骤2：将所述反射镜处于最佳位置时对应的所述针孔块取下，按顺序放置组成所述光学谐振腔的两个曲面反射镜以使两个所述曲面反射镜反射回的光经过所述光阑中心位置；步骤3：改变所述光学谐振腔的两个曲面反射镜的位置，利用所述CCD摄像头观察光路的光强是否为设定的最大值，满足设定的最大值后则光路准直调节完毕。与现有技术相比，本发明具有操作简单，成本低廉，易于实现等优点。

技术研发人员：初凤红
受保护的技术使用者：上海电力学院
技术研发日：2018.12.06
技术公布日：2019.04.02