近红外外腔半导体激光光源波长调谐装置的制作方法

本实用新型涉及一种近红外外腔半导体激光光源波长调谐装置，该装置可为获取石油产品的高分辨率近红外光谱提供所需的高分辨率波长。

背景技术：

近红外光谱分析技术具有无损、快速等特点，已成为石油产品成分分析领域的一种重要方法。目前，石油产品近红外检测主要采取全谱测量方法，波长范围较宽(约750nm～1600nm)，波长分辨率很难提高，致使高分辨率的近红外光谱难以获得，这已成为石油产品光谱分析的瓶颈问题之一。石油产品主要组分为各种不同的C-H基团化合物，各C-H基团化合物在近红外光谱区具有明显的特征波长范围，如甲基为913nm、烯烃为895nm、亚甲基为934nm、芳烃为875nm等，而在其它非特征波长范围吸收较弱，所以，只要获得相应特征波长范围的高分辨率光谱信息，即可实现石油产品成分或性质的高精度检测。而提高特征波长范围的波长分辨率是获得特征波长范围内高分辨率光谱信息的前提。近红外外腔半导体激光光源具有强度高，波长范围窄的特点，其可以提供石油产品近红外光谱检测所需的特征波长范围。对近红外外腔半导体激光光源的波长进行高分辨率调谐，可为石油产品近红外光谱检测提供所需的高分辨率波长，这对于获得高分辨率的石油产品近红外特征光谱有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于设计一种近红外外腔半导体激光光源波长调谐装置，以获得石油产品近红外光谱分析获取所需的高分辨率特征波长，其特征在于：

激光光源1及相应的准直镜2相对应并成环形排列，两者固定在环形机构3的周向位置；

环形机构3的轴4设置在环形机构3的中心位置，轴4通过轴承5与支撑架6相连接，以保证环形机构3的角度调整；

伺服电机A7通过轴4上的齿轮8与环形机构3啮合，控制环形机构3的转动；

位置检测器9设置在环形机构3的端面上，步进电机A7与位置检测器9构成闭环，以保证激光光源1依次转动到工作位置；

闪耀光栅10固定在旋转轴11上，并通过轴承12固定在支架13上；处于工作位置的激光光源1发出的光经准直镜2照射到闪耀光栅10上，与光栅10处于同一水平线的激光光源1处于工作位置；

角度检测器16设置在闪耀光栅10上，伺服电机B14与旋转轴11通过齿轮15啮合，并与角度检测器16构成反馈系统，同时伺服电机B14控制闪耀光栅10的工作角度；闪耀光栅10角度调整到与工作光源1的波长相匹配的位置时，工作光源1到光栅10的入射角与衍射角相等，处于工作位置的激光光源1与闪耀光栅10形成外腔谐振；

闪耀光栅10的反射光由聚光透镜17接收并聚焦，聚焦的单一波长光由集光器18收集。

本实用新型装置的所有部件均装载对光线密闭的箱体19内，箱体19内的角度传感器16、位置检测器9信号及伺服电机A7及伺服电机B14的控制信号通过电缆20与箱体外部的控制系统21相连。

环形机构3最多安装六个激光光源1，波长范围为800～1050nm，间隔60度均匀排列在环形机构3上，闪耀光栅10选择GR50-1850型闪耀光栅，设计波长500nm，刻线数为1800/mm。

激光光源1为激光二极管。

本实用新型的有益效果：

1采用激光光源和闪耀光栅构成外腔谐振，可以提高光能利用效率，有效解决常规光谱仪光源能效低的问题。

2只输出C-H基团的特征波长范围附近的波长，可对满足绝大部分石油产品的光谱测量需求，降低了光谱特征维数，避免全谱测量造成的冗余大，易引入噪声等问题，节省了后续数据处理的时间。

(3)具有较高的波长分辨率，降低了光谱重叠对石油产品测量产生的影响，可提高C-H集团物质的检测质量。

附图说明

图1为本实用新型装置的原理示意图。

图2为本实用新型装置的环形机构前视图。

图3为本实用新型装置的环形机构左视图。

图4为本实用新型装置的激光光源组件示意图。

图5为本实用新型装置的光栅组件示意图。

具体实施方式

下面以提供石油产品中甲基检测，中心波长约为913nm，所需波长为例详述本实用新型：可调谐近红外外腔半导体激光光源波长选择装置主要由环形机构组件，光栅组件，聚光透镜，集光器等组成。参见附图1，附图2，附图3和附图4。设环形机构3内嵌光源1中心波长分别为850nm，875nm，895nm，915nm，935nm，950nm。

首先启动外部控制系统进行系统检测及伺服电机参数初始化。

采用伺服电机A7对环形装置进行角度调整，使中心波长为915nm光源1处于工作位置，位置传感器9与外部控制系统21及伺服电机A7构成闭环保证调整的精确度。

使用伺服电机B14调整光栅10角度，调整方法如下：根据利特罗条件，若激光光源与光栅形成外腔谐振，则需要有光源1对光栅10的入射角与一级衍射角一致，此时计算的入射角范围为54.36°～56.17°，对应甲基特征波长913±10nm，所以，伺服电机B14快速将光栅10角度调整到54.36°，此时输出波长为903nm，以此为起点，伺服电机B14每次将光栅10角度增加0.004°，此时装置的输出波长范围为903nm～923nm，分辨率为0.05nm的分辨率。角度检测器16与外部控制系统21及伺服电机B14构成闭环控制角度调整的精度，伺服电机的参数可由外部计算机21调整，调整后波长分辨率最高可达0.01nm。

伺服电机B14的启动由外部计算机21控制，当伺服电机B14每转过0.004°，伺服电机B14自动处于停止状态，外部计算机21发出启动指令后伺服电机B14重新启动，保证用户有足够的时间获取所需的波长。

当光栅10角度某一角度时，假设为55.27°，此时激光光源1发出光中只有波长为913nm的光与光栅10形成外腔谐振，光栅10的反射光波长也为913nm，该波长的光由聚光透镜17接收，聚光透镜17聚焦的光由集光器18收集，并可用于后续的甲基光谱检测应用。