一种测量气体浓度的光学吸收池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及光学测量领域，特别设及一种测量气体浓度的光学吸收池。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，人类对地球开发利用的速度远远超出了地球的可再生周期，因 而出现了许多环境问题，其中最严重的是空气质量问题。工业排放的废气、汽车排放的尾 气、煤炭的燃烧无不对空气造成严重的污染。所W我们需要对空气进行实时的监测，全面了 解空气的质量，W做出相应的对策。
[0003] 测量气体浓度的方法许多比如:色谱法、射线吸收法和光谱吸收法等。其中光谱吸 收法应用普遍，技术较成熟。多次反射池是吸收光谱学学系统中非常重要的一部分，特别是 在痕量气体检测中，根据朗伯-比尔化ambed-Beer)定律，增加光和样品的作用距离，能增 大吸收信号的幅度，从而能有效地提高光谱探测灵敏度。
[0004] 最常用的光学长程池有WhUe型光学长程池[1] John U.怖ite. Long Optical Paths of Large Aperture. Journal of the Optical Society of America. 1942, 32
[5] : 285.和 Herriott 型光学长程池[2] D.胎 rriott, H. Kogelinik, R. Kompfner. Off-Axis Paths in Spherical Mirror Interferometers. Appl. Opt. 1964, 3(4): 523~526.。其中White型长程池的特点是孔径角较大，适用于普通光源和激光光源，但所用 反射镜较多，至少Ξ块，不利于调节，机械稳定性差。而化rriott型长程池的光学系统由两 个凹面反射镜组成，其特点是结构简单，光路调节相对容易，但孔径角较小，适用于激光光 源，所W目前吸收光谱学的研究多使用化rriott池。
[000引化rriott池要求两块等焦距凹面镜平行且同轴。但在实际应用中难W使两凹面镜 的主光轴重合，并且微小的振动都会对其产生很大的影响。为此，多光程池向着易于调节、 较多的反射次数、小型化和机械稳定性好方向发展。比如:2000年郝绿原用凹面反射镜和平 面反射镜组成，只需调节两镜相对平行即可，简化了光学仪器的调节。2010年夏滑将其中一 块凹面镜分割成上下两半，实现了反射次数成倍的增加。最近B自la化zson研制出一个体积 只有40cm 3的圆环型多光程池，通过调节入射角度，使圆筒中出现单圈循环反射，其等效光 程可达到4m。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决上述问题，本实用新型提供了一种可W用于测量气体浓度的光学吸收 池，可W运用于精确测量吸收气体的浓度。
[0007] 本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池，包括凹面螺旋光学腔，入射窗口 和出射窗口，所述凹面螺旋光学腔由曲率半径为r的曲线沿径向半径R做螺旋旋转而成;激 光通过所述入射窗口入射到所述凹面螺旋光学腔，经过螺旋式的来回循环反射，由所述出 射窗口出射。
[000引优选地，所述凹面螺旋光学腔满足条件0含R < r。
[0009] 优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括入射窗口密封阀和出射窗口密封 阀;所述入射窗口密封阀包括入射窗底盘、第一平面镜和入射窗顶盘，所述入射窗底盘有Οι 5° 的 倾斜度 ，所述入射窗底盘密封安装在所述入射窗口上 ，所述第一平面镜通过所述入射 窗顶盘密封安装在所述入射窗底盘上;所述出射窗口密封阀包括出射窗底盘、第二平面镜 和出射窗顶盘，所述出射窗底盘有0-15°的倾斜度，所述出射窗底盘密封安装在所述出射窗 口上，所述第二平面镜通过所述出射窗顶盘密封安装在所述出射窗底盘上。
[0010] 优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括密封外盖;所述密封外盖位于所 述凹面螺旋光学腔的上下表面，用于密封所述凹面螺旋光学腔的上下表面，所述密封外盖 上设有进气口和出气口，所述出气口用于注入待测气体，所述进气口用于对螺旋型多光程 池进行真空吸收。
[0011] 优选地，所述测量气体浓度的光学吸收池还包括第一密封内盖和第二密封内盖， 所述第一密封内盖用于密封所述进气口，所述第二密封内盖用于密封所述出气口。
[0012] 本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池可又在更小的体积下，得到更长的 有效光程，从而能有效地提高光谱探测灵敏度，提高吸收气体浓度测量的精确度。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池 6中，光线进入凹面螺旋光学 腔63后形成螺旋式循环反射后射出的示意图；
[0014] 图2为凹面螺旋光学腔63的结构示意图；
[0015] 图3为本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池6的装配示意图；
[0016] 图4为本实用新型提供的测量气体浓度的光学吸收池6的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1所示，本实用新型提供的光学吸收池包括一个凹面螺旋光学腔63,凹面螺旋 光学腔63外侧有一个圆筒62,凹面螺旋光学腔63和圆筒62上同一位置开有入射窗口 61，当 光线通过入射窗口 61进入凹面螺旋光学腔63后，会形成螺旋式循环反射，最后从出射窗口 64射出。
[0018] 如图2所示为凹面螺旋光学腔63的结构示意图，凹面螺旋光学腔63由曲率半径为r 的曲线沿径向半径R做螺旋式旋转而成。凹面螺旋光学腔63由可W看做多个凹面环631螺旋 叠加而成，其中凹面环631是W径向半径R和W轴向半径Kr即是曲率半径）螺旋旋转而成， 其螺距为d。凹面螺旋光学腔63的厚度忽略的情况下，R即是圆筒62的半径。若径向半径R和 曲率半径r相等，凹面环631是一个球面。
[0019] 要使入射光线在光学腔63中循环反射而不溢出。则要满足W下两个条件：
[0020] (1)根据光学腔原理，曲率半径r与圆筒62半径R应符合激光稳定腔的稳定条件， 即
[0021 ]
(1)
[002引在凹面螺旋型光学腔中：
，则有，当0空Λ空制，可W满足光学激光 稳定腔的稳定条件。
[0023] 若不满足激光稳定腔的条件，则会出现池内光线反射幅度太大，不能充分利用光 学反射腔的反射面积。
[0024] (2)要使