一种基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置的制作方法

1.本发明属于激光光谱技术领域，具体涉及一种基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置。


背景技术：

2.痕量气体检测在矿井、化工、电力、医疗、环境监测等领域都有重要的应用价值。常用的气体检测方法有化学测量方法和光谱学测量方法。化学测量方法如气相色谱法过程复杂，重复性差，耗时长且仪器成本高。激光光谱测量方法则具有无侵入性、无需采样和样品预处理、响应速度快、探测灵敏度高，可实时动态响应等特点，是气体检测技术的发展方向和技术主流。激光光谱测量方法有基于气体红外吸收的激光吸收光谱技术和基于气体散射的激光拉曼光谱技术等。其中激光吸收光谱技术包括可调谐二极管激光吸收光谱法(tdlas)，腔增强吸收光谱法(ceas)，光腔衰荡光谱法(crds)等。该技术利用光学腔及波长调制或者频率调制等方法可以达到较高的探测灵敏度，但是应用过程中亦有局限。首先，红外吸收技术却很难检测到同核双原子分子构成的气体如氢气，其次，检测不同的气体需要不同的激光波长，这意味着混合气体的检测可能需要多个激光源和探测器，导致检测成本提高。
3.拉曼光谱技术其原理是当入射光子与分子相互作用时，一小部分光子发生非弹性散射，产生具有特定频率位移的光即拉曼散射光。拉曼散射光的频移只与气体分子的振转能级有关，与激发光的频率无关，因此它能利用单一激光光源实现多种气体的同时快速测量，大大降低了多气体检测的成本，对于同核双原子分子气体，拉曼光谱技术也可以探测到。然而，由于气体的拉曼散射截面极低，散射强度不足，痕量气体的拉曼光谱信号很弱。研究表明，拉曼光谱的强度主要与激发光的强度以及待测样品的浓度有关，在样品浓度待测的情况下，增强激发光的强度是提高检测灵敏度的主要手段。
4.近年来发展的腔增强拉曼光谱技术(cers)能够通过激光在光学腔中的共振增强激发光功率、增加激发光与气体相互作用的有效光程。然而，机械振动、外界温度变化、激光温度、电流变化等因素很容易影响光学腔腔长和激光频率，谐振条件难以长期维持，因此需要采用一种主动频率锁定方式来保持激光与光学腔的长期谐振。常用的pound-drever-hall(pdh)锁频技术可以实时计算出激光频率与谐振腔共振频率的差值，得到误差信号并将其反馈到光学腔的压电陶瓷或者激光器的电流上，通过腔长或激光频率的主动调整来满足谐振条件。然而该方法的实现需要线宽较窄(10mhz左右)的可见光波段激光器，成本较高且稳定性较差。光学反馈腔增强技术(of-ceas)则通过将谐振腔的共振透射光按原路反馈注入到激光器中，控制适当的反馈光相位与反馈率，压窄输出激光线宽，使得激光器的输出激光频率与谐振腔的共振频率保持一致。这种方法可以很好地解决宽线宽激光器在与高精细度腔耦合过程中出现的耦合效率低下的问题，降低激光器的输出频率噪声。通过光学反馈腔增强技术不仅可以增强拉曼光谱信号强度，提高气体检测的灵敏度，而且由于该技术所使用的半导体激光器生产技术较为成熟，价格低廉，能很大程度的降低多气体检测成本。


技术实现要素：

5.针对痕量气体的拉曼散射信号很弱，导致达不到检测要求的问题，本发明提供了一种基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置，该装置利用v型谐振腔光反馈技术提高气体池内的激发光功率，通过侧面拉曼光收集装置提高拉曼光的收集效率，从而提高拉曼信号的强度及气体的探测灵敏度。
6.为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
7.一种基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置，其特征在于，包括激光控制模块、气体池模块、外部光路模块、激光频率锁定模块和拉曼光收集探测模块；
8.所述激光控制模块包括函数发生器、激光控制器、加法器和半导体激光器，所述函数发生器的输出端与加法器的第一输入端连接，所述加法器的输出端与激光控制器的输入端连接，所述激光控制器的输出端与半导体激光器的输入端连接，所述半导体激光器的输出端输出激光；该模块的作用一是控制半导体激光器的温度和电流，使半导体激光器工作在合适的条件下产生功率较高、频率噪声较小的单模激光；二是对激光电流进行扫描和调制，其中锁相放大器的高频调制信号与函数发生器的低频扫描信号输入到加法器相加后，再输入到激光控制器扫描和调制电流，控制激光器的输出。
9.所述气体池模块由v型三镜谐振腔构成，包括第一平凹腔镜cm1、第二平凹腔镜cm2、平面腔镜cm3、殷钢腔体和宽带高透射率窗片，所述殷钢腔体的左右两端一端面为平面，端面中央设置有第一通光孔，所述第一通光孔上粘贴有平面腔镜cm3，另一端面由两个平面构成，两个平面上分别设置有第二通光孔和第三通光孔，所述第二通光孔和第三通光孔上分别粘贴有第一平凹腔镜cm1和第二平凹腔镜cm2，所述殷钢腔体的前后端中央设置有第四通光孔和第五通光孔，所述第四通光孔和第五通光孔上设置有宽带高透射率窗片，所述殷钢腔体上部有三个气孔，分别为进气口、抽气口和气压计接口，所述抽气口和气压计接口的直径均为8mm，进气口距离第二通光孔35mm，抽气口距离第三通光孔的35mm，气压计接口距离第一通光孔40mm；该模块的主要作用一是作为气体样品池，二是作为光学谐振腔，让激光在谐振腔内多次往返传输形成驻波，谐振腔的透射光沿原路返回注入激光器，压窄激光线宽，使激光器输出光频率与腔谐振频率保持一致，抑制激光器的输出频率噪声。共振的激光在腔内干涉增强，从而增强激光与气体相互作用的拉曼散射光的强度。
10.所述外部光路模块包括准直透镜l0、整形棱镜pri、光隔离器iso、λ/2片、偏振光束分束器pbs、λ/4片、第一匹配透镜ml1、第一高反镜hr1、第二高反镜hr2、第二匹配透镜ml2、第一聚焦透镜l1、光电探测器，所述半导体激光器输出端输出的激光依次经过准直透镜l0、整形棱镜pri、光隔离器iso、λ/2片、偏振光束分束器pbs、λ/4片、第一匹配透镜ml1、第一高反镜hr1、第二高反镜hr2、第二匹配透镜ml2，进行激光的准直、整形和模式匹配，所述准直、整形和模式匹配后的激光从平面腔镜cm3耦合到v型三镜谐振腔中，所述第一平凹腔镜输出的激光经过第一聚焦透镜汇聚到光电探测器中，所述平面腔镜输出的激光沿原路返回到半导体激光器中；该模块的作用是将激光经过准直、整形和模式匹配后耦合到由光学谐振腔组成的气体池中，并将光学谐振腔的谐振透射光反馈到半导体激光器中。其中，第一匹配透镜ml1和第二匹配透镜ml2用来实现激光到谐振腔的模式匹配。光隔离器iso用于将反馈光降低到一个较低的水平。λ/2片、偏振光束分束器pbs、λ/4片的组合用于控制入射光的强弱以及谐振腔反馈光的强弱。第一聚焦透镜l1的作用是将光学谐振腔的透射光汇聚到光电探
测器中用于监测。
11.所述激光频率锁定模块包括锁相放大器、pid模块、高压放大器和压电陶瓷pzt，所述锁相放大器的调制信号输出端与加法器的第二输入端连接，所述光电探测器的输出信号与锁相放大器的参考信号混频，产生的误差信号，所述锁相放大器的误差信号输出端与pid模块的输入端连接，所述pid模块的输出端与高压放大器的输入端连接，高压放大器的输出端与第二高反镜hr2上的压电陶瓷pzt连接，第二高反镜hr2后粘贴压电陶瓷pzt，用于细调反馈光相位，保证外部光路的长度精确为谐振腔单臂的三倍；该模块的作用是锁定反馈光的相位，使谐振腔透射腔模锁定到顶点，从而使谐振腔内的功率保持较高的幅度。具体做法为：先将锁相放大器输出的频率为20mhz，幅度为0.026v锯齿波信号通过加法器输入到激光控制器中，对激光的电流进行调制，调制后的透射腔模信号被光电探测器探测，光电探测器的输出信号与锁相放大器的参考信号混频，恰当调整调制信号的频率、幅度以及调制相位，产生较好的误差信号后送到pid模块，并设置恰当的比例积分微分参数，pid模块的输出信号连接到高压放大器的输入端口，高压放大器的输出信号连接到高反镜hr2后的压电陶瓷pzt上，通过压电陶瓷的伸缩改变第二高反镜hr2的位置使反馈相位一直处于最优的水平，达到动态锁定的效果，保证腔内激光处于长时间稳定的共振状态。
12.所述拉曼光收集探测模块包括凹面镜l3、第二聚焦透镜l2、陷波滤波片od、光谱仪、ccd相机以及计算机，所述凹面镜l3设置在第五通光孔上的宽带高透射率窗片的后端，所述第二聚焦透镜l2设置在第四通光孔上的宽带高透射率窗片的前端，所述陷波滤波片od设置在光谱仪和第二聚焦透镜l2之间，拉曼光经第二聚焦透镜l2汇聚到光谱仪的狭缝(也就是进光口)，所述ccd相机安装在光谱仪的出光口，所述光谱仪与ccd相机均通过usb连线与计算机相接；该模块的主要作用是在侧向收集到拉曼光谱信号，将收集到的信号输送到光谱仪以及ccd相机中分析，并在电脑上实时监测。凹面镜l3用于将对向散射的拉曼光反射到收集端，从而提高拉曼光的收集效率。第二聚焦透镜l2将拉曼光汇聚到光谱仪的进光口中。陷波滤波片od用于滤除瑞利散射光。
13.进一步，所述半导体激光器放置在二维平移台上，通过二维平移台的移动实现半导体激光器位置的精确移动，用于粗调反馈光的相位，即使得外部光路的长度粗略为谐振腔单臂的三倍。
14.进一步，所述殷钢腔体长宽高为173mm
×
60mm
×
42mm。
15.进一步，所述第一平凹腔镜cm1、第二平凹腔镜cm2和平面腔镜cm3的内表面对激发光的反射率均为99.925％，外表面对激发光的透射率均大于99.8％，直径均为25mm；
16.所述平凹腔镜cm1和平凹腔镜cm2的凹面曲率半径均为1000mm，所述平凹腔镜cm1和平凹腔镜cm2的中心直线距离为29.8mm，所述平面镜片cm3的法线方向与外光路的夹角为4.9
°
，因此其直接反射光也沿着4.9
°
反射角出射并被光档档主。这个角度的设置是为了规避直接反射光返回到激光器中引起激光器性能的不稳定。透射激光从平面镜片cm3的中心穿过并射沿着一光臂入射到平凹镜片cm1的中心，入射方向和平凹镜片cm1的法线方向重合，平凹镜片cm1的反射光沿法线方向原路返回到平面镜片cm3的中心，平面镜片cm3的反射光沿另一光臂入射到平凹镜片cm2的中心，入射方向与平凹镜片cm2的法线方向重合，平凹镜片cm2的反射光沿法线方向原路返回到平面镜片cm3的中心，如此往复，两光臂的夹角为9.8
°
，两光臂长均为175mm。平面腔镜cm3的几何中心距离激光器出口的距离约为525mm，是
单个光臂长度的3倍左右。
17.进一步，所述第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔的直径为15mm，所述第四通光孔和第五通光孔的直径为24.6mm。
18.进一步，所述殷钢腔体的另一端面的两个平面的夹角为170.2
°
。
19.进一步，所述宽带高透射率窗片为镀有600nm-1050nm宽带增透膜的直径为30mm的窗片，用于拉曼光的侧面收集。
20.进一步，所述凹面镜l3镀有650nm-1050nm的宽带高反膜，焦距为35mm。
21.进一步，所述第二聚焦透镜l2镀有600nm-1050nm的宽带增透膜，焦距为120mm，距离光谱仪进光口的距离为120mm，用以将收集到的拉曼散射光聚焦到光谱仪进光口上。
22.进一步，所述光谱仪的狭缝的宽度为100μm，所述ccd相机的积分时间为50s。
23.与现有技术相比本发明具有以下优点：
24.(1)本发明将光学反馈腔增强技术和气体拉曼光谱技术相结合，通过腔内共振增强的激发光与气体分子的相互作用，有效克服了由于气体分子散射截面较小而带来的拉曼散射光较弱的问题，实现多组分痕量气体的实时高效探测。
25.(2)可见光波段激光到高精细度光学谐振腔的直接频率锁定，技术较难且成本较高，需要线宽较窄的外腔半导体激光器，而发明是基于谐振腔光反馈的频率锁定技术，只需要成本较低的普通半导体激光器，利用谐振光反馈实现半导体激光器的线宽压窄和激光到腔的频率锁定，极大地减小了装置成本，有利于该装置的进一步推广应用。
26.(3)本发明中拉曼光收集探测模块采用了侧向收集方式，并利用凹面镜将对向散射的拉曼光也反射到收集端，提高了拉曼散射光的收集效率，有效避免了后向收集方式中由于腔镜对拉曼光的透射率低而造成的拉曼光透射损耗。
附图说明
27.图1为基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置的整体结构示意图，其中：1-锁相放大器、2-加法器、3-函数发生器、4-激光控制器、5-半导体激光器、6-准直透镜、7-整形棱镜、8-光隔离器、9-λ/2片、10-偏振光束分束器、11-λ/4片、12-第一匹配透镜、13-第一高反镜、14-第二高反镜、15-第二匹配透镜、16-第一聚焦透镜、17-光电探测器、18-第一平凹腔镜、19-第二平凹腔镜、20-平面腔镜、21-殷钢腔体、22-第一通光孔、23-第二通光孔、24-第三通光孔、25-第四通光孔、26-第五通光孔、27-进气口、28-抽气口、29-气压计接口、30-pid模块、31-高压放大器、32-压电陶瓷、33-凹面镜、34-第二聚焦透镜、35-陷波滤波片、36-光谱仪、37-ccd相机、38-计算机、39-二维平移台；
28.图2为扫描激光器电流时光学谐振腔的透射腔模信号图与误差信号图；
29.图3为反馈光相位锁定后的光学谐振腔的透射腔模信号图与误差信号图；
30.图4为探测到的氮气和氧气的拉曼散射信号图；
31.图5为探测到的一氧化碳的拉曼散射信号图；
32.图6为探测到的甲烷的拉曼散射信号图。
具体实施方式
33.为了使得本发明更加的清晰易懂，下面结合附图进行更加详细的描述。
34.如图1所示，一种基于光学反馈腔增强技术的拉曼光谱多气体检测装置，包括激光控制模块、气体池模块、外部光路模块、激光频率锁定模块和拉曼光收集探测模块；
35.所述激光控制模块包函数发生器3、加法器2、激光控制器4和半导体激光器5，所述函数发生器3的输出端与加法器2的第一输入端连接，所述加法器2的输出端与激光控制器4的输入端连接，所述激光控制器4的输出端与半导体激光器5的输入端连接，所述半导体激光器5的输出端输出激光。
36.其中，半导体激光器5型号为hl63133dg，输出激光波长为637nm，安装在ldm56/m温控座上，ldm56/m温控座放置在二维平移台39上。激光控制器4的控制温度为26.2℃，运行电流为171ma。为了实现激光电流的扫描和调制，函数发生器3输出频率为30hz，扫描幅度为9v的锯齿波扫描信号，运行模式为连续，锁相放大器1输出频率为20mhz，幅度为0.026v的正弦波调制信号。扫描信号和调制信号一起输入到加法器2中相加后，再输送到激光控制器4中扫描和调制电流。
37.所述气体池模块由v型三镜谐振腔构成，包括第一平凹腔镜18、第二平凹腔镜19、平面腔镜20、殷钢腔体21和宽带高透射率窗片，所述殷钢腔体21的左右两端一端面为平面，端面中央设置有第一通光孔22，所述第一通光孔22上粘贴有平面腔镜20，另一端面由两个平面构成，两个平面上分别设置有第二通光孔23和第三通光孔24，所述第二通光孔23和第三通光孔24上分别粘贴有第一平凹腔镜18和第二平凹腔镜19，所述殷钢腔体21的前后端中央设置有第四通光孔25和第五通光孔26，所述第四通光孔25和第五通光孔26上设置有宽带高透射率窗片，所述殷钢腔体21上部有三个气孔，分别为进气口27、抽气口28和气压计接口29，所述进气口27、抽气口28和气压计接口29的直径均为8mm，所述进气口27与第二通光孔23的距离为35mm，所述抽气口28与第三通光孔24的距离为35mm，所述气压计接口29与第一通光孔22的距离为40mm；
38.其中，第一平凹腔镜18、第二平凹腔镜19、平面腔镜20的内表面对激发光的反射率均为99.925％，外表面对激发光的透射率均大于99.8％，平面腔镜20为平平镜，第一平凹腔镜18、第二平凹腔镜19为平凹镜，凹面曲率半径均为1000mm。平面腔镜20的法线方向与外光路的夹角为4.9
°
，因此其直接反射光也沿着4.9
°
反射角出射并被光档档主。这个角度的设置是为了规避直接反射光返回到激光器中引起激光器性能的不稳定。透射激光从平面镜片的中心穿过并沿着一光臂入射到第一平凹腔镜18的中心，入射方向和第一平凹腔镜18的法线方向重合，第一平凹腔镜18的反射光沿法线方向原路返回到平面镜片的中心，平面镜片的反射光沿另一光臂入射到第二平凹腔镜19的中心，入射方向与第二平凹腔镜19的法线方向重合，第二平凹腔镜19的反射光沿法线方向原路返回到平面镜片的中心，如此往复，两光臂的夹角为9.8
°
，两光臂长均为175mm。平面腔镜20的几何中心距离激光器的距离为525mm，是单个光臂长度的3倍左右。所述殷钢腔体21长宽高为173mm
×
60mm
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42mm，腔体顶部有三个气孔，分别为进气口27、抽气口28和气压计接口29，腔体左右两端一端面为平面，端面中央有直径为15mm的第一通光孔22，孔上粘贴有直径为25mm的平面腔镜20，另一端面由两个夹角为170.2
°
的平面构成，两个平面上分别有直径为15mm的第二通光孔23和第三通光孔24，孔上分别粘贴有直径为25mm的第一平凹腔镜18和第二平凹腔镜19，两平凹腔镜中心的直线距离为29.8mm，殷钢腔体21的前后端面中央分别有直径为24.6mm的第四通光孔25和第五通光孔26，孔上分别粘贴镀有600nm-1050nm宽带增透膜的直径为30mm的窗片，用于拉曼
光的侧面收集。
39.所述外部光路模块包括准直透镜6、整形棱镜7、光隔离器8、λ/2片9、偏振光束分束器10、λ/4片11、第一匹配透镜12、第一高反镜13、第二高反镜14、第二匹配透镜15、第一聚焦透镜16、光电探测器17，所述半导体激光器5输出端输出的激光依次经过准直透镜6、整形棱镜7、光隔离器8、λ/2片9、偏振光束分束器10、λ/4片11、第一匹配透镜12、第一高反镜13、第二高反镜14、第二匹配透镜15，进行激光的准直、整形和模式匹配，所述准直、整形和模式匹配后的激光从平面腔镜20耦合到v型三镜谐振腔中，所述第一平凹腔镜18输出的激光经过第一聚焦透镜16汇聚到光电探测器17中，所述平面腔镜20输出的激光沿原路返回到半导体激光器5中；
40.外部光路模块的作用是将输出的激光高效地耦合到光学谐振腔中，激光在谐振腔中多次往返传输并干涉增强，共振的激光从入射腔镜透射并沿原路返回注入激光器，控制激光器输出光频率与腔谐振频率保持一致，压窄激光线宽，抑制激光器的输出频率噪声。激光器输出的激光为椭圆形光斑且光束发散，因此首先采用焦距为3.1mm的准直透镜6准直，调整准直透镜6的位置使激光在远距离处依然保持平行。准直后的光束通过ps875-a整形棱镜7将椭圆光斑变成近似圆光斑。光隔离器8用于将反馈光降低到一个较低的水平。λ/2片9、偏振光束分束器10、λ/4片11的组合中旋转λ/2片9可以控制通过偏振光束分束器10的入射光的强弱，旋转λ/4片11可以调整调整通过偏振光束分束器10的反馈光的强弱。第一匹配透镜12焦距为100mm，第二匹配透镜15的焦距为50mm，用于将激光模式和谐振腔内激光的共振模式相匹配，提高激光到谐振腔的耦合效率。第一高反镜13和第二高反镜14的反射率为99.9％，用于改变光路的方向，其中第二高反镜14后与压电陶瓷32粘贴，通过压电陶瓷32的伸缩来调整第二高反镜14的位置，从而细调反馈相位。第一聚焦透镜16用于将谐振腔的透射光汇聚到光电探测器17中，光电探测器17将接收到的光信号转变为电信号，并输入到示波器中进行观察。
41.所述激光频率锁定模块包括锁相放大器1、pid模块30、高压放大器31和压电陶瓷32，所述锁相放大器的调制信号输出端与加法器的第二输入端连接，所述光电探测器17的输出信号与锁相放大器1的参考信号混频，产生误差信号，所述锁相放大器1的误差信号输出端与pid模块30的输入端连接，将误差信号输入至pid模块，所述pid模块30的输出端与高压放大器31的输入端连接，高压放大器31的输出端与第二高反镜14上的压电陶瓷32连接；
42.激光频率锁定模块的作用是锁定反馈光的相位，使谐振腔透射腔模锁定到顶点，从而使谐振腔内的功率保持较高的幅度。具体做法为：先将锁相放大器1输出的频率为20mhz，幅度为0.026v锯齿波信号通过加法器2和扫描信号一起输入到激光控制器4中，对激光的电流进行扫描和调制，调制后的透射腔模信号被光电探测器17探测，探测到的信号如图2中上方曲线所示，该腔模信号左右对称，如果腔模左右不对称则说明反馈光的相位不正确，需要转动高压放大器31的偏置旋钮，通过控制第二高反镜14后的压电陶瓷32的伸缩来控制第二高反镜14的位置，使外部光路长度严格保持光学谐振腔单臂长度的3倍，从而使反馈相位处于最优状态。光电探测器17的输出信号再与锁相放大器1的参考信号混频，恰当调整调制信号的频率、幅度以及调制相位，产生较好的误差信号如图2中的下方曲线所示。将该误差信号送到pid模块30，设置恰当的比例积分微分参数，pid模块30的输出信号连接到高压放大器31的输入端口，高压放大器31的输出信号连接到第二高反镜14后的压电陶瓷32
上。锁定时关闭函数发生器3的扫描信号，适当增加高压放大器31的增益，控制高压放大器31的偏置旋钮让腔内激光保持稳定，开启pid模块30并细微调节pid的各个参数让锁定效果更好。锁定后腔的腔透射信号(上方曲线)和误差信号(下方曲线)如图3所示。目前测量过程中锁定时间可达三十分钟左右。
43.所述装置在频率锁定后，第一平凹腔镜18后的透射光功率为i
t
＝3.2mw，由公式可以算得腔内的功率ic＝8.53w，平面腔镜20前的入射功率为ii＝54.4mw，耦合效率为45％，因此谐振腔的腔增强因子约为348倍。
44.所述拉曼光收集探测模块包括凹面镜33、第二聚焦透镜34、陷波滤波片35、光谱仪36、ccd相机37以及计算机38，所述凹面镜33设置在第五通光孔26上的宽带高透射率窗片的后端，所述第二聚焦透镜34设置在第四通光孔25上的宽带高透射率窗片的前端，所述陷波滤波片35设置在光谱仪36和第二聚焦透镜34之间，拉曼光经第二聚焦透镜34汇聚到光谱仪36的狭缝，所述ccd相机37安装在光谱仪36的出光口，所述光谱仪36与ccd相机37均通过usb连线与计算机38相接。
45.拉曼光收集探测模块的主要作用是在侧向收集拉曼光谱信号，将收集到的信号输送到光谱仪36以及ccd相机37中分析，并在计算机38上实时监测。凹面镜33用于将对向散射的拉曼光反射到收集端，从而提高拉曼光的收集效率。第二聚焦透镜34将拉曼光汇聚到光谱仪36的进光口中，陷波滤波片35用于滤除瑞利散射光。具体做法为：在激光频率锁定后，隔绝一切自然光光源，打开光谱仪36与ccd相机37控制软件，设置ccd相机37的温度为-70℃，选择刻线为1200的光栅，调整进光口(狭缝)的宽度为100μm，设置积分时间为50s。由光谱仪36以及ccd相机37测得大气压下空气中氮气和氧气的拉曼散射信号如图4所示，位于713nm附近的是氧气的拉曼峰，位于756nm附近的是氮气的拉曼峰。测得大气压下浓度为38400ppm的一氧化碳拉曼散射信号如图5所示，位于745nm附近的是一氧化碳的拉曼峰。测得大气压下浓度为3000ppm的甲烷的拉曼散射信号如图6所示，位于791nm和796nm附近的均是甲烷的拉曼峰。将气体池内抽真空后充入多组分气体，可以测出该气体的组分及各组分浓度，当腔镜的反射率进一步提高后，探测灵敏度能达到ppm量级。
46.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。