进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述 的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028] 本发明的一实施例如图1所示，拉曼散射收集装置主要由完整旋转抛物面反射镜 102、条形抛面镜103、腔体工件108等构成。
[0029] 两抛物面镜光轴重合104、106,共焦布置105;激光束101平行于光轴入射到条形抛 面镜103,光束汇聚后经过焦点F105入射到第一抛物面反射镜102,发射的激光束又变成平 行光平行于光轴出射;第二抛物面反射镜103的焦距0 2F大于完整抛物面，102的焦距(hF，激 光束依次被条形抛面镜103和完整抛面镜102反射一次后，光束直径变小，光束距光轴距离 变小，光束能量变小;经过完整抛面镜102射出的激光束，又是平行于条形抛面镜103的光轴 入射，会重复上一轮的循环。激光束会在两抛面镜间来回反射，光束越来越细并无限靠近于 抛面镜光轴，直至能量衰减至无。
[0030] 本发明实施时，所述的两抛面镜的口径一般为1.5~2倍的焦距大小;完整抛面镜 的焦距Fi，条形抛面镜的焦距F2，数值上二者一般满足F2/F: = 1.1~1.2，且F2-F: = 1~4mm (优选2mm);第二抛物面反射镜103的宽度a应不小于激光器发出的光束直径Φ(3;完整抛面 镜102上的激光入射孔中心到抛面镜光轴的距离d，与完整抛面镜的口径Φ?:，数值上满足 大小关系
[0031]本发明实施时，为了进一步降低系统背景噪声，可在拉曼散射光收集窗口后增加 线偏振片和滤波片作为优化;拉曼散射光的偏振方向与探测激光偏振方向一致，增加线偏 振片可降低背景杂散光的影响;待分析样气的拉曼散射光波长范围区间一定，增加特定波 长范围的滤波片，过滤掉其它波段拉曼光，降低背景噪声和无关光谱的影响。
[0032]以下结合探测激光束101为功率200mW波长532nm激光，拉曼散射光收集窗口后增 加一长通滤波片，波长大于532nm的拉曼散射光可以透过，收集到的拉曼散射光用凸透镜耦 合进光纤，传导至光谱分析仪作频谱分析。如图6所示为本发明装置对空气拉曼散射进行测 量的结果，积分时间为3s。从图6中可以清楚的看到空气中N 2、02和水蒸气H20的特征谱线。
[0033] 为了验证本发明的性能水平，以华中科技大学的左都罗等人开发的拉曼散射收集 装置（公开号CN104614362A，公开日期2015年5月13日）进行了对比实验。同样以200mW波长 532nm激光作为探测激光，以相同凸透镜、光纤及光谱分析仪对空气拉曼散射进行测量，得 到空气的拉曼谱图如图7所示，积分时间为3s。从图6和图7的对比可以看出，本发明在信号 强度及背景噪声等方面均优于左都罗等人发明的收集装置。
[0034] 本发明通过采用两块共焦的抛物面镜使光束来回反射来增大拉曼散射光强度;探 测激光最后在装置中会衰减至无而不会出射，源头上即实现强探测激光与弱拉曼散射光分 离;具有结构紧凑小巧，背景噪声低等优点。
[0035]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1. 一种自由空间气体拉曼散射收集装置，其特征在于，包括： 腔体工件:为一个具有空腔的本体，该空腔为样品池，用于供气体进出和激光光路多次 反射，该本体两端开口，且侧壁设有与空腔连通的进气口和出气口； 第一抛物面反射镜：与本体空腔的一端固定，且位于本体空腔内的端面为抛光的凹面 高反射镜面，另一端面开有激光入射至空腔内的激光入射窗口； 第二抛物面反射镜：与本体空腔的另一端固定，且位于本体空腔内的端面为抛光的凹 面高反射镜面，且该凹面高反射镜面光轴与第一抛物面反射镜的光轴共线，并且两焦点重 合；以第二抛物面反射镜的凹面高反射镜面的镜面中心分别向上和向下延伸的镜面保留， 并至少一侧挖空，且保留的镜面的径向水平宽度为 a;挖空部分供收集拉曼散射光； 激光入射窗口玻璃和拉曼散射光收集窗口玻璃:分别设置在激光入射窗口和第二抛物 面反射镜的挖空部分，用于将收集装置内部空间与空气隔断，同时又构成探测激光的入射 通道和产生的拉曼散射光输出通道;窗口玻璃选用一种标准精度材质的平面玻璃，可为石 英玻璃或K9玻璃;为提高光透过率，可根据实际测量时拉曼散射光波长范围在窗口玻璃表 面镀上相应波段的增透膜； 两抛物面镜与腔体工件构成样品池的封闭空间。2. 根据权利要求1所述的一种自由空间气体拉曼散射收集装置，其特征在于，以第二抛 物面反射镜的凹面高反射镜面的镜面中心分别向上和向下延伸的镜面保留，并保留镜面的 两侧全部挖空，且保留的镜面的径向水平宽度为a;挖空部分供收集拉曼散射光。3. 根据权利要求1所述的一种自由空间气体拉曼散射收集装置，其特征在于，所述的第 一抛物面反射镜和第二抛物面反射镜的焦距不等，共焦布置实现光共振。4. 根据权利要求1所述的一种自由空间气体拉曼散射收集装置，其特征在于，所述进出 气口径为l-3mm。5. 根据权利要求1所述的一种自由空间气体拉曼散射收集装置，其特征在于，所述的两 抛面镜的口径为1.5~2倍的焦距大小;第一抛物面反射镜的焦距Fi，第二抛物面反射镜的 焦距F 2，数值上二者满足F2M = 1.1~1.2，且?2士 = 1~4mm;第一抛物面反射镜的宽度a应 不小于激光器发出的光束直径Φ c;第一抛物面反射镜上的激光入射孔中心到抛面镜光轴 的距离d，与完整抛面镜的口径Φ Di，数值上满足大小关系：
【专利摘要】本发明涉及一种自由空间气体拉曼散射收集装置，包括两旋转抛物面反射镜和腔体工件。旋转抛物面反射镜为抛光的高反射镜面，两抛物面反射镜光轴共线，焦点重合。一旋转抛物面镜为完整圆形抛物面镜，上设有激光入射窗口。另一旋转抛物面镜只保留中心细条形的一小部分，其余部分挖空，作为拉曼散射光收集窗口。两抛物面镜与腔体工件构成作为样品池的封闭空间，在腔体工件上设有对样品池内被测气体进行快速更换的进气口和出气口。本发明装置结构简洁，样品池容积小，适用于对少量样气分析。装置收集到的拉曼散射信号为一平行光束，可用透镜聚焦耦合进入光纤并传导至光谱分析仪作光谱分析，也可用包含直接耦合镜头的大口径成像光谱仪进行光谱分析。
【IPC分类】G01N21/65
【公开号】CN105675581
【申请号】CN201610051052
【发明人】熊友辉, 江坤, 刘志强
【申请人】武汉四方光电科技有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月26日