用二极管激光器对气体中杂质量进行分析的方法和仪器的制作方法

专利名称：用二极管激光器对气体中杂质量进行分析的方法和仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体试样中杂质(诸如水蒸汽)含量检测这一领域，它尤其涉及采用近红外激光光谱测定技术检测和定量该杂质含量(痕量)的方法。
提到检测水蒸汽含量的例子，在红外激光光谱分析技术(在文献中大多被称作“TDLAS”，即“利用调谐二极管激光器的吸收光谱测量技术”)出现之前，市场上现有的湿度计(例如无论是露点湿度计、振荡石英晶体湿度计还是P2O5电解湿度计)都表现出不令人满意的性能。这些不良性能包括较低的探测极限(大于10ppb)和该类装置的多于1小时的禁止响应时间，并通常需要好几个小时的操作时间。
通常所说的APIMS方法(即气压质谱仪)与传统湿度计相比第一次在性能上得到显著提高。它具有的探测极限可达到在中性气体中可检测出低至10ppb的水蒸汽并且针对从一种试样到另一种试样的横跨三个数量级的含量变化检测来说，只需几分钟响应时间。
然而无论是传统湿度计或APIMS，它们并不适合应用于腐蚀性气体(如HCl，HBr，HF，等)的杂质测量。这些湿度计在理想情况下具有不低于100ppb的灵敏度，它们的性能由于这些腐蚀性气体的存在而会大大降低，有时甚至由于仪器的性能降低而无法实现正常的操作运行(材料的不兼容性)。
在过去的几年中出现了大量涉及上述TDLAS探测技术的文献，它们基于通常测量杂质分子在红外区的光吸收强度来定量杂质(如水蒸汽)痕量。其原理如下杂质吸收一定波长的光，知道这些波长及相应吸收谱(具有洛仑兹曲线的外形)的强度和其分布形状就能确定该分子的存在并在所分析介质中对其进行定量分析。
仍采用水分子检测的例子，激光源(大多使用半导体二极管激光器)能发射位于近红外区具有非常精确波长的光束，该波长能通过调节温度及二极管输入电流而改变。
比尔—朗伯定律常被用于表示经包含杂质分子的气体介质透射后的光强度，它在这些杂质分子的波长上被衰减，按照公式I(λ)＝I0(λ)·exp(-k·LN·/π·γ)其中，N表示吸收分子的密度，I0表示由二极管发射的光束的原始强度，该光束进入所分析的气体试样，k表示吸收谱的强度，L表示所分析气体试样中的光程，γ表示谱线宽度。
由此能看出能够利用二极管激光器扫描某一特征吸收谱的分布形状来检测该杂质。还可以观察到记录信号的强度将随着所分析试样中的杂质密度，所选吸收谱线的强度以及由二极管发射的、通过所分析气体试样的光束的光程的增加而增强。
三个参数中的第一个完全由所研究的杂质含量的范围(如ppb数量级)所确定。然而总可以在该分子的光谱中选择一个较强的吸收谱，并可设法使通过所分析试样的光束按最大光程传播(同时设法获得对整套仪器的最小的不利效果)。
此公式还表示出，对于弱的吸收，所分析试样中吸收杂质的密度可以由该谱线的吸收率线性推导得出。
如前所述，在过去几年中，该原理被广泛用于水蒸汽痕量检测这一领域，此种情况下二极管激光器设定在1.37μm波长左右；此原理也应用于CH4或N2O痕量检测。(可详细参考下列文章D.Cas-sidy等，发表于“应用光学”，1982.7.p.2527；J.Mncha等，发表于“ISA会刊”，1986，Vol.25，P25；G.Devyatykh等，发表于“SPIE”Vol.1724，“可调谐二极管激光器应用”，P335；S.Bone等，发表于“应用光谱分析”，1993，Vol.47，p.834)。
发表于这些文章中的性能分析显示出以下几个特点—由于采用接近或大于大气压力的气压会导致吸收谱变宽且幅度减小，这些文章大都选择低压操作环境。
—这种低压环境对于该方法应用于工业环境中是一个主要障碍，而工业环境又经常需要这种测量。
—这些低压环境还表现出与下述有关的缺点复杂程度、成本和对过程的特殊要求，以及由于使用所需的泵所引起的振动问题，此类振动难以控制并对探测极限有不利影响。
—已报道的探测等级仍然非常高(通常是几十ppb)，有些报道的极低的等级是推算出的。(已得到了外推结果)；
—由于这些结果涉及到中性气体中的水蒸汽检测，没有资料提及这些方法对腐蚀性气态介质的适用性，而且真空泵无论如何不适合使用在这种腐蚀性环境中。
—现有的探测等级和对腐蚀性气体缺乏兼容性使得这些方法无法应用于微电子制造厂输气线路这类场合。该场合的探测等级必须达到1ppb的数量级，且载体气体大不相同，它们可能是惰性气体(氮、氩、等)，或是按照不同情形所采用的相对具有腐蚀性的特殊气体(SiH4，HBr，HCl等)。
在本文中，本发明的目的是提供一种用于在气体试样中分析至少一种杂质含量的方法—使探测等级达到1ppb；—无论含杂质气体试样的特性(例如无论它是中性气体还是对电子线路起反应的特殊气体)；—易于在工业环境中使用，从而就这方面而言应具有小体积轻重量这些特点(可运输甚至是便携式仪器)；—能方便快捷地使用(例如合理的清洗时间至少应少于30分钟)，且具有短的响应时间(几秒钟数量级)；及—适于在大气压或高于大气压(在实际中是几个大气压)的环境中操作。
由申请公司在该领域完成的工作已表明，尽管其中一些目的是互相冲突的，但能够在这些目的之间找到一个很好的折衷解决方法。
这种方法，基于半导体二极管激光器红外光谱学的原理，采用将由二极管发出的光束分为至少两个分支光束的办法。其中一支，被称为测量光束，它穿过处于至少等于大气压力的所分析气体试样(沿着所谓的测量光路)；而另一支，被称为参考光束，不穿过与该气体试样(沿着所谓的参考光路)。在二极管和位于测量光路末端的光探测器之间的测量光路与在二极管和位于参考光路末端的光探测器之间的参考光径其光程是相等的。此外还采用了包括至少一个指数型函数的调制函数来对由二极管发出光束的波长进行调制。
由申请公司完成的尤其在水蒸汽含量检测领域的工作实际上表明了下述事实的重要性，即为了获得1ppb数量级探测极限应使测量光路和参考光路在空气中的光程相等，这样做是为了克服周围空气中的湿度对测量信号的影响。包含指数分量的特定的调制更有助于调节由于在接近大气压力的气压下操作而导致的吸收谱变宽和幅度减弱，对高于大气压力情况也是如此。该指数调制与常规所用调制如方波、正弦波、三角波或斜坡波相比具更好的效果，尤其是产生了接近理想洛仑兹理论分布的较对称的吸收波峰。
按照本发明利用一可调谐二极管激光器分析气体试样中至少一种杂质含量的方法，在此方法中要测量出被检测杂质对二极管发射的光束的吸收能力。二极管的输入电流包括一个恒定分量和一个变化分量从而能对发射波长进行调制，以便描绘出至少一种杂质吸收谱线的全部或部分分布形状。由二极管发射的光束被分为至少两个分支光束，其中一支，被称作测量光束，它沿着一条测量光路导向所分析的气体试样，它在聚焦到一个测量用光探测器上之前穿过一个多通道容器；另一支光束，被称作参考光束，它沿着一条参考光路直接聚焦到一个参考光探测器上而不穿过气体试样。分别位于二极管和测量光探测器之间及位于二极管和参考光探测器之间的测量光路和参考光路，它们在空气中的光程相等。该方法中所分析的气体试样处于至少与大气压力相等的压力下，且引入的调制包括至少一个指数型函数。
按照本发明，词句“一个指数型函数”既指一个实际的指数(例如I0(1-Aexp(-at)))也可指一个非线性多项式的和(因为一个指数函数可以分解为一个多项式的和)。
按照本发明工作气压最好位于绝对压力〔105Pa，3×105pa〕范围内。但下述内容对本领域的专家来说是显而易见的，即在工业管路的某些情形下会遇到高于几个大气压的压力。
在吸收容器外的光程借助于光路调节机构来使之相等，其精度必须在亚毫米甚至微米级。使光程相等比如说可以通过采用一组平面反射镜来实现。该组平面镜被放置在参考光束的光路上以便能改变二极管激光器与参考光探测器之间参考光路的光程而不改变其准直特性。
如上所述，所采用的包含一个指数型函数(例如I0(1-Aexp(-at)))的调制与通常所用或文献中介绍的调制相比具显著改进效果。该调制将在后文的例中详细说明，它对由于在接近大气压力的气压下操作而导致的吸收谱线的变宽和幅度减小现象有较好的调节作用。
使用的激光源最好是铟镓砷(InGaAsP)型半导体二极管(即精通此技术者熟知的所谓DFB，DBR，DFB/DBR型)或掺杂晶体固体激光型二极管。
对于本领域专家来说显而易见的是根据所分析气体试样中所需检测的杂质，二极管的发射光束将集中在与上述杂质吸收谱对应的波长上(例如在为了检测水蒸汽的含量应接近1.37μm的波长上，或是接近1.9μm的波长上)。
二极管最好是温度稳定的(例如采用珀尔帖效应元件)，为将二极管的发射光束集中在选定的吸收谱上，二极管的输入电流能够调制波长以便能描述出上述杂质分子所选定的吸收谱的全部或部分分布(二极管的输入电流包括一个恒定分量和一个变化分量，后者用于调制发射波长)。
按照本发明的一个实施例，在二极管和参考光探测器之间的参考光路上未安装吸收容器。
理想的情况是二极管和/或测量及参考光探测器是无窗口的。
所采用的多通道容器是比如说Herriot型，它由两个具有相同焦距的球面镜构成。其中一个包括一个偏心孔，光束通过该孔进入容器并经过一定次数的反射后离开该室。该容器的入射窗口最好以布鲁斯特(Brewster)角倾斜，这样二极管激光器的偏振光束能够全部透过，同时减小了作为信号扰动来源的附加反射。
也可以设想一种例如象散型的多通道容器。
可以有选择地将采用的多通道容器做成与各种类型的所分析气体试样物理相容的形式。这些气体或是高纯度的气体(例如在具有很高纯度的氮或氩中在1ppb的等级上探测残余的水蒸汽含量)，或是用于微电子工业中的腐蚀性气体，诸如HF，HCL，HBr等。可以利用以下材料有选择地制做容器以及制成该容器中的镜子，首先对腐蚀性气体具有很高的适应性，诸如镍或耐盐酸镍基合金；而且对所探测分子而言应有极低的脱气/解吸系数。
还可以有选择地按照与超真空条件或高纯度气体有关的标准来建造该容器，采用金属材料而避免用聚合物材料，对于密封件来说也是如此，除非在必须采用聚合物材料的情况下方不用金属材料(尤其在窗口周围)。
按照本发明的一个最佳实施例，该容器由一个金属块制成(由整块实心金属机械加工而成)，必须没有焊缝或焊珠，这些焊缝或焊珠代表了潜在地易受腐蚀的部位。
为了减小光噪声和其他附加反射，还可有选择地采用一个薄且相当干净的分束元件(例如一个分束板)，用该元件将由二极管发射的光束分成尽可能多的分支光束。还应将探测器充分地倾斜以减小向二极管激光器的反射并需清洁该二极管激光器的后表面，总之要随时防止在分束元件的下游处光束被阻挡。
为了达到1ppb探测极限的目的(例如1ppb的水蒸汽)，理想的情况是，作为前述使分析/参考光程相等这一措施的一个补充措施，可利用一种保护性气体吹洗充注(以下简称吹洗)位于二极管激光器和每个探测器之间的空间。这种保护性气流一方面减小了由于存在于探头处杂质所引起的附加信号；也增加了光能的透过率，这是因为它减少了由于附加杂质的存在所产生的吸收。
这种保护性气体(理想的是氮或氩)最好能吹洗位于外壳中组件之间的空间，此组件由下述各项构成二极管、测量和参考光探测器以及容纳有所分析气体的多通道容器。该外壳与周围空气隔离并被保护性气流吹洗。就存在有无法吹洗的死区这一局限性而言，选用无窗的探测器和二极管是有益的。
保护性气体的吹洗最好是层流状态，以提高气流的效率和稳定性，同时也优化气体消耗量。
为了在本方法中便于改善响应时间这一指标，最为理想的是减少该容器中被分析气体试样中分子的滞留时间。这点已由申请公司按照本发明而实现。它通过减少气体进入该容器和流经该容器时的死区及涡流现象，确保容器内气体的层流或准层流状态。下文将给出一个获得此类层流状态的实施例的说明。
本发明还涉及一种用于分析气体试样中至少一种杂质含量并适于实现本发明的仪器。它包括—一个半导体二极管激光器；—至少一个分束系统，它能够将由二极管发射的光束分为至少两个分支光束，一个称为测量光束而另一个称为参考光束。
—一个容纳有所分析气体试样的多通道容器。
—一个能将测量光束沿测量光路导至多通道容器的光学部件。
—一个测量用光探测器。
—一个能将多通道容器输出的测量光束导至测量用光探测器的光学部件。
—一个参考光探测器。
—一个能将参考分支光束沿参考光路导至参考光探测器的光学部件。
—用来对由两个光探测器所产生的信号进行采集处理。
该仪器还包括能使测量光路和参考光路的光程相等的装置，上述两光路分别位于二极管与测量用光探测器之间及二极管与参考光探测器之间。
本仪器包含调制二极管输入电流的装置，它能够引入包含至少一个指数型函数的调制。
使光程相等的装置可包括比如说设置在分束系统与参考光探测器之间的参考光路上的一组平面反射镜。
按照本发明的一个特点，该仪器包括一个珀尔帖效应元件，它能够稳定二极管的温度。
二极管和/或测量及参考光探测器最好是无窗口的。
由二极管、测量和参考光探测器及容纳所被分析气体的多通道容器构成的组件最好是放置在一个外壳内，从而与周围空气隔离。该外壳内装有能使保护性气流吹洗外壳内部的装置。用于实现吹洗的装置最好加工成使充入气流呈层流状态。
比如说可以设想用多孔通道来得到这样一个层流态。也可以参照由申请公司完成的工作，该工作涉及用于在有限封闭空间内产生保护性环境的气体喷射系统(法国专利申清No.93,15503，1993，12，22)。
多通道容器最好是具有由整块实心金属机械加工而成的单个金属块的形式(没有焊缝和焊珠)。
按照本发明的一个特点，气体注入该容器及气体离开该容器的部位应设计成使得容器内的被分析气体能形成一层流状态。
本发明的其余特点和优点将在下面实施例的描述中显现，参考附图这些实施例以不包含任何限制条件的形式予以说明。其中—

图1是一个表示适于实现本发明的整套仪器的简图；—图2是一个表示位于测量和参考光路上的部分光学元件的简图；—图3是一个二极管激光器电流的调制函数的示例，它包括一个指数分量；—图4表示出对所分析气体试样中变化的H2O密度采用1.exp(-2.5t)指数调制的情况下所得的结果；—图5和6表示在所分析气体试样中无水蒸汽情况下所得信号的比较结果，分别使用锯齿波调制(At＋B)和指数调制(1.exp(-2.5t))；—图7和8表示一个多通道容器内所分析气体处于层流态的示例性实施例。
图1简略地表明从二极管至数据采集、处理系统的测量光束和参考光束的光路，一调谐半导体二极管1(此处为铟镓砷磷型)发出一光束2，该光束通过一分束板20分解成一无偏离测量光束3和一反射参考光束4。
二极管是温度稳定的，例如通过采用一珀尔帖效应器件12使其温度接近于周围环境温度。
由一电流发生器13提供的电流包含一恒定分量和一变化分量用来调制二极管发出光束的波长，以便描绘出所要分析的分子的选定的特征吸收谱线的全部或部分分布。
测量光束3是对准无偏移的并在一给定点处射入一容器5，该容器最好是Herriot型(包含有被分析气体)，并具有给定的方向系数。容器5的输入窗口最好按布鲁斯特角倾斜以便让偏振光束得到充分传输。
容器出口处得到的测量光束3′聚焦照射在一探测器6上(例如铟镓砷或者是锗探测器)。
光电探测器6所产生的电流由一互(跨)阻抗放大器7进行前置放大，得到的电压信号被送往一差分放大器9。
另一部分即参考光束4被引至一反光镜系统(此图中未示出)，它使光束聚焦至一光探测器15上，该反射镜系统也可使二极管激光器和探测器15之间的参考光路的光程发生改变但并不改变其准直特性，这样就可使参考和测量光路在空气中的光程相等(与实现测量和基准光路的光程相等的有关器件在有关图2的下文中将详细叙述。
由光探测器15所产生的电流此处再次在一互阻抗放大器8内进行前置放大，得到的电压信号被送往上面提到的差分放大器9，在差分放大器中与前置放大器7输来的信号进行相减，这样做的目的是重新构造所分析气体中杂质含量的吸收谱线的分布形状。
在所示出的实例中，每一光束经互阻抗放大器(7，8)前置放大后相减。在相减操作中，在获得前置放大信号之后执行相减操作可得到一变化量。
由此得到的信号被送往一数据采集和积分系统10，在系统10内信号经滤波、采样并转换为数字信号后贮入存储器，这些操作在利用二极管1所发出的信号的情况下应对所扫描出的吸收谱线的每一波长均要实施，于是操作对这些波长中的每一个都要重复进行，相应的信号加到以前的信号中去，这样做的目的是为改善信/噪比，该操作最好有必要多次重复以便获得一满意的信/噪比。
图2提供了在二极管1和数据采集、处理系统10之间的测量光束3和参考光束4所遭遇到的光学器件的细节。
二极管激光器1射出的光束在此情况下经光学准直件23和一光阑圈22被导向分束板20，于是该射出光束被分解成测量光束3和参考光束4。
测量光束3在穿过容器入射窗口17到达多通道容器5之前与一反射镜24相遇，在所示实例中该入射窗是按布鲁斯特角倾斜的，容器5为Herriot型，在所示实例中它是由两个焦距相同的球面镜18和19组成，其中一个镜上有一偏心小孔28，光束3通过小孔28进入并经多次反射后经28离开容器(输出光束用3′标出)。由多通道容器5射出的光束3′通过一抛物面镜被导至测量用光探测器6上。
分束板20送出的另一参考光束4通过一组平面(11，25)及抛物面(14)镜系被导至参考光探测器15上。安装在一平移板上的平面镜系统25可使二极管激光器与参考光探测器15之间的参考光路的光程得以改变但不改变其准直性，其目的是使测量和参考光路获得相等的光程。
图3示出采用电流发生器13所建立并供给二极管激光器1的电流调制函数的一个实例，该实例所示是周期为1KHz的1-Aexp.(-2.5t)调制函数。
在此情况下，由横座标及纵座标值所代表的调制，其单位可以是任意的(如横座标为时间单位，纵座标为电压单位)。
图4表示出如上述图1和图2所描述的仪器的各种实例中在探测所分析氮气试样中水蒸汽情况下所得到的结果。此处使用的调制函数是1-exp.(-2.5t)，被调节的二极管温度应能使处于水蒸汽吸收谱线附近的二极管激光发射波长得以调节，该波长接近1.37μm(光谱复盖范围约为1.364μm至1.372μm)。
对于每个水蒸汽含量的检测实例，所述信号对应于所获得的参考与测量光束两者之差，扫描上述波长范围的操作(数据采集、处理，存入存储器并加到以前信号上去)对每个处理情况应重复96,000次。
五个信号是对应于范围从0ppb(容器中充满高纯度氮气，这种情况下“0”ppb被认为是两束在同一氮气环境下遭遇的光束的相减差值)至16ppb水蒸汽含量，另三条信号曲线是对应于氮中含水汽量的三个中间值3，7和12ppb，这些水蒸汽含量通过渗气滤芯被引入参考氮气中。
对所有这些实例而言，整个探测头(二极管，多通道容器，探测器)被置于一经干燥氮气流吹洗干净的密闭外壳内。
在此，图4中横座标和纵座标所代表的单位仍是任意的(相对应的横座标为时间单位而纵座标是电压单位)。
图4中示出对“0ppb”曲线存在弱吸收性(曲线存在一微小的隆起部)，这种情况意味着容器中可能残存水蒸汽，或意味着(可能由上述一些原因的综合作用)由于光程相等的轻微不完善，或意味着水蒸汽含量随着时间变化和/或经过探测头的空间后或在容器内，其均匀性不太理想。
我们可以满意地观察到，尽管有这微小的不完善性(它可采取补求措施或处理中予以考虑)，可观察到对于每种(水汽含量)浓度的情况，甚至是含量最低水平情况下，所获得信号仍有显著的区别，因为有极大的可能来区分对应于0.3和7ppb所获得的曲线。
图5和图6所示的是待分析气体中未掺入水蒸汽的情况(只用干燥氮气吹洗)，所观察到的是用指数调制函数(按1-exp.(-2.5t)调制)来取代传统用的锯齿调制函数而得到的。
图5(锯齿调制函数情况)示出当采用锯齿调制函数情况下，即使所分析的氮气试样中“缺乏”水蒸汽仍可观察到特别明显的增厚现象。
图7示出喷射分析气体进入一圆柱形容器31的一个实例，采用圆柱形容器可使气体在容器内呈层流状态。图7表示的容器31的输入区的局部剖面图中展示出一输入镜29(为表示简明和有助于观察起见只示出镜子的一半)，容器31在其位于镜子下方的输入面有三个气体喷入切口，切口呈局部环形(花冠型)围绕容器轴线大致按等角度均衡分布。被分析气体到达容器的输入口后在进入容器的圆柱形本体前穿入镜子下方并进入每个切口内。为避免使图形过于复杂，进入的气流用三个简单的箭头30来表示，每个箭头指向一个切口。
图8简明地代表按上述结构气体越过容器口和出口处的镜子在入口与出口之间所获得气流的模拟图，为简化起见图上未表示出切口，该图是象微性表明所得的结果，即表明不存在涡流现象或使此现象减至最少程度，容器内的气流大致是按层流分布的。
图7和图8所示仅是大体上能获得层流的气体进入和导出装置多种可能的实施例中之一，也可设想到采用其他结构形式，诸如采用围绕容器的轴线大致按圆周等角分布的喷射小孔。
尽管在参阅附图情况下对本发明进行了描述，但决不是对本发明有所制约，与此相反，对本领域专家来说可以作出种种改变得到多种变型。
所以尽管特别提到探测水蒸汽含量的情况并提出以上所述的实例，可以理解本发明的应用要广泛得多，可通过吸收法探测其他杂质含量，在这方面作为例子可举出采用十分有利的大致为1.3618μm的HF谱线来探测HF和WF6，由于HF是在-WF6槽内通过WF6与H2O(水)之间的反应而生成的，于是通过对HF的定量分析就可间接地对WF6的组成作出定量分析，因而可对原来槽内存在的水蒸汽量作出分析。
同样对于气体载体而言，以上实例十分具体地讨论了气体载体为氮气时的情况(探测氮气中水蒸汽含量从1ppb至若干ppb的量级)，然而应指出由发明申请公司所完成的工作已证明，按本发明的仪器和方法在探测诸如CF4，SF6以及NF3等化学气体中的水蒸汽含量时，探测的量级可以精确到几个ppb的水平。
权利要求
1.一种利用调谐二极管激光器(1)来对一气体试样中至少一种杂质含量进行分析的方法，在此方法中，要测量出所检测杂质对二极管发出光束的吸收能力，二极管输入电流包括一恒定分量和一变化分量从而使其能对所发射的波长进行调制，这是为了能描绘出所述杂质的至少一条吸收谱线的全部或部分形状。二极管发出的光束至少分离成两个分支光束，其中之一称为测量光束(3)，它沿测量光路直接射入所要分析的气体试样，它在聚焦于一测量用光探测器(6)之前要穿过一多通道容器(5)；另一分支光束，称为参考光束(4)，它沿一参考光路传播并且不经过气体试样而直接聚焦在一参考光探测器(15)上，分别处于二极管与测量用光探测器之间和二极管与参考光探测器之间的测量光路和参考光路，它们在空气中的光程是相等的，其特征在于所述气体试样的压力至少与大气压力相同，其特征还在于所采用的调制函数至少包括一指数型函数。
2.按权利要求1的方法，其特征在于所述气体试样的所述绝对压力不超过3×105Pa。
3.按权利要求2的方法，其特征在于所述气体试样的所述绝对压力在〔105Pa，3×105Pa〕这一范围内。
4.按权利要求1到3中任一项的方法，其特征在于二极管激光器和每一探测器之间的空间均经保护气体充注吹洗。
5.按权利要求4的方法，其特征在于所充入的气体呈层流分布。
6.按权利要求项1到5中任一项的方法，其特征在于所分析的杂质是水(H2O)。
7.按权利要求6的方法，其特征在于利用调制所能实现的波长范围可延伸接近下述两个波长中的一个1.37μm或1.9μm。
8.适于用来实现权利要求1到7中任一项所述的方法的用来分析—气体试样中至少一种杂质含量的仪器，包括—一半导体二极管激光器(1)，—至少一个分束系统(20)，它可将二极管发出的光束至少分离成两个分支光束，一个称为测量光束(3)，另一个称为参考光束(4)；—一个容纳有所要分析的气体试样的多通道容器(5)；—一光学部件(24)，它可使由分束系统输入的测量分支光束沿一测量光路传输到多通道容器上；—一测量用光探测器(6)；—一光学部件(21)，它可使由多通道容器输出的测量光束(3′)传到测量用光探测器上；—参考光探测器(15)；—部件(26，25，27)，它可将由分束系统输出的参考分支光束沿一参考光路直接传输到参考光探测器上；—元件(7，8，9，10)，用来采集处理由测量用光探测器和参考光探测器所产生的信号；—使分别位于二极管与测量用光探测器之间，和二极管与参考光探测器之间的测量光路和参考光路的光程相等的装置；该仪器包括有装置(13)，它用来调制二极管的输入电流，它可使调制函数至少包括一个指数型函数。
9.按权利要求8的仪器，其特征在于用来使光程相等的所述装置包括反射镜系统(25)，(25)位于分束系统和参考光探测器之间的参考光路上，并且装在一平移板上。
10.按权利要求8或9中任一项的仪器，它包括有装置(12)，该装置用来稳定二极管的温度。
11.按权利要求8或10中任一项的仪器，其特征在于在由二极管，测量用光探测器和参考光探测器组成的元件组合中，至少有一个元件不带窗口。
12.按权利要求8到11中任一项的仪器，其特征在于由二极管，测量和参考光探测器，容纳有所需分析的气体的多通道容器所组成的组件通过安装在一外壳中而与周围大气隔离，该外壳装配有用来往外壳内注入气流的装置。
13.按权利要求12的仪器，其特征在于用来注入气流的装置其尺寸大小应按下述要求所述气流可大体上呈层流分布。
14.按权利要求8到13中任一项的仪器，其特征在于容器由单个金属块制成。
15.按权利要求8到14中任一项的仪器，其特征在于容器具有装置(32，33，34)，这些装置用来将所分析的气体送入容器，和从容器中送出，从而可使容器内的气体呈层流状态。
全文摘要
一种分析一气体试样中至少一种杂质含量的方法，通过测量所检测杂质对二极管激光器发出光束的吸收能力从而分析出来杂质含量，所述光束分离成至少两个分支，一个称为测量光束，它聚焦于测量用光探测器之前先穿过多通道容器中的气体试样；另一分支称为参考光束，它不经过气体试样直接聚焦在一参考光探测器上，此方法中气体试样的压力至少等于大气压以及采用了对二极管输入电流进行调制的技术，调制函数至少包括一指数型函数。
文档编号G01N21/35GK1148173SQ9610514
公开日1997年4月23日 申请日期1996年4月19日 优先权日1995年4月21日
发明者卡特琳·荣杰, 法布里斯·布奈克斯, 帕特里克·莫韦, 弗雷德里克·斯托克尔 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司