开放光纤腔增强光声光谱传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开放光纤腔增强光声光谱传感装置。它的半导体激光器(1)的输入端依次连接激光控制器(2)和激光调制器(11)，半导体激光器(1)与光纤(6)间的光束路上置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)，光纤(6)的另一端与输出的准直光路上置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)的准直透镜(7)连接，声传感器(9)置于带有进气口(15)和出气口(16)的光声池(4)中，其输出端与锁相放大器(10)连接，锁相放大器(10)的另一输入端连接激光调制器(11)、输出端与存储显示器(12)连接。它增强了有效的光功率和避免了外界杂音对探测的干扰。

【技术实现步骤摘要】
开放光纤腔增强光声光谱传感装置
本专利技术涉及一种光声光谱传感装置，尤其是一种开放光纤腔增强光声光谱传感装置。
技术介绍
光声光谱技术是以光声效应为基础的一种新型光谱分析检测技术，具有灵敏度高、系统体积小、零基线和实时非破坏性等优势，已广泛地应用于痕量气体检测以及工业过程控制等领域。光声光谱技术由于气体吸收激光后产生的声信号非常的弱，常需使用谐振腔对声信号进行放大，如中国专利技术专利申请CN105548023A于2016年5月4日公布的一种基于光纤谐振腔的倏逝波型光声光谱微量气体传感器及测量方法。该专利技术专利申请中提及的微量气体传感器为半导体激光源的光路上置有光纤合束器、锥形光纤、石英音叉和相位调制器，其中，锥形光纤穿过石英音叉的叉股；测量时，半导体激光源发射出的激光通过光纤合束器传输至锥形光纤处，在锥形光纤处产生较强能量的倏逝波场，同时相位调制器使得光纤合束器构成光学谐振腔，用以进一步地增强倏逝波场能量，待测目标气体吸收倏逝波场的能量而产生声波，石英音叉接受声波信号，经反演得到待测目标气体的浓度。这种微量气体传感器虽能相应地提高激光源的激发功率，改善光声光谱气体传感器的探测灵敏度，却也存在着与待测目标气体相互作用的光能量有限，难以获得更高的探测灵敏度之不足。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种增强与待测目标气体相互作用的有效光功率以获得更高探测灵敏度的开放光纤腔增强光声光谱传感装置。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为，开放光纤腔增强光声光谱传感装置包括半导体激光器光束路上的光纤和声传感器，特别是：所述半导体激光器的输入端依次电连接有激光控制器和激光调制器；所述半导体激光器与光纤间的光束路上依次置有入射窗口、光声池、出射窗口和聚焦透镜，所述光纤的另一端与准直透镜光连接；所述准直透镜输出的准直光路上依次置有入射窗口、光声池、出射窗口和聚焦透镜；所述声传感器置于带有进气口和出气口的光声池中，其输出端与锁相放大器电连接；所述锁相放大器的另一输入端电连接激光调制器、输出端与存储显示器电连接。作为开放光纤腔增强光声光谱传感装置的进一步改进：优选地，半导体激光器为分布式反馈激光器，或量子级联激光器，或带间级联激光器。优选地，光声池的内腔为与光束路同轴的管状声学谐振腔。优选地，光纤为单模光纤，或多模光纤。优选地，光纤的输入端口位于聚焦透镜的焦点处。优选地，声传感器位于管状声学谐振腔的中部。相对于现有技术的有益效果是：采用这样的结构后，既由于光声池的特殊性质，尤为光声池为与半导体激光器光束路同轴的管状声学谐振腔，又因激光光束在光声池内被循环重复利用，而使本专利技术在相同激光功率输入的条件下，大大地增强了有效的光功率，从而进一步地提高了探测的灵敏度。同时，光声池带有的进气口和出气口，以及两端的入射窗口和出射窗口，不仅便于待测目标气体的输送和光路的调整，更是避免了外界杂音对探测的干扰，极大地提升了探测的准确性。附图说明图1是本专利技术的一种基本结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。参见图1，开放光纤腔增强光声光谱传感装置的构成如下：半导体激光器1的输入端依次电连接有激光控制器2和激光调制器11；其中，半导体激光器1为分布式反馈激光器(或量子级联激光器，或带间级联激光器)。半导体激光器1输出的光束路上依次置有入射窗口13、光声池4、出射窗口14、聚焦透镜5和光纤6，光纤6的另一端与准直透镜7光连接；其中，光声池4的内腔为与光束路同轴的管状声学谐振腔，光纤6为单模光纤(或多模光纤)，光纤6的输入端口位于聚焦透镜5的焦点处。准直透镜7输出的准直光路上依次置有入射窗口13、光声池4、出射窗口14和聚焦透镜5。声传感器9置于带有进气口15和出气口16的光声池4中，其输出端与锁相放大器10电连接；其中，声传感器9位于管状声学谐振腔的中部。锁相放大器10的另一输入端电连接激光调制器11、输出端与存储显示器12电连接。探测时，半导体激光器1发出的激光束3通过入射窗口13进入光声池4后，再经出射窗口14出射至聚焦透镜5，由聚焦透镜5耦合进入光纤6。耦合进光纤6的激光束3于光纤6的另一端输出并通过准直透镜7准直后成为准直光8，该准直光8依次通过入射窗口13、光声池4和出射窗口14后，经聚焦透镜5与激光束3一起耦合进入光纤6，以使激光光束在光声池4内被循环重复利用。激光控制器2在激光调制器11输入的调制信号的作用下，对半导体激光器1的输出进行调制，以与由进气口15和出气口16进入光声池4中的待测目标气体发生相互作用而产生光声信号。该光声信号由声传感器9探测并送往锁相放大器10，锁相放大器10接收声传感器9的光声信号后，结合激光调制器11送来的调制信号对其进行解调，解调后得到的待测目标气体的信息送往存储显示器12进行存储和显示。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术的开放光纤腔增强光声光谱传感装置进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若对本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开放光纤腔增强光声光谱传感装置，包括半导体激光器(1)光束路上的光纤(6)和声传感器(9)，其特征在于：所述半导体激光器(1)的输入端依次电连接有激光控制器(2)和激光调制器(11)；所述半导体激光器(1)与光纤(6)间的光束路上依次置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)，所述光纤(6)的另一端与准直透镜(7)光连接；所述准直透镜(7)输出的准直光路上依次置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)；所述声传感器(9)置于带有进气口(15)和出气口(16)的光声池(4)中，其输出端与锁相放大器(10)电连接；所述锁相放大器(10)的另一输入端电连接激光调制器(11)、输出端与存储显示器(12)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种开放光纤腔增强光声光谱传感装置，包括半导体激光器(1)光束路上的光纤(6)和声传感器(9)，其特征在于：所述半导体激光器(1)的输入端依次电连接有激光控制器(2)和激光调制器(11)；所述半导体激光器(1)与光纤(6)间的光束路上依次置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)，所述光纤(6)的另一端与准直透镜(7)光连接；所述准直透镜(7)输出的准直光路上依次置有入射窗口(13)、光声池(4)、出射窗口(14)和聚焦透镜(5)；所述声传感器(9)置于带有进气口(15)和出气口(16)的光声池(4)中，其输出端与锁相放大器(10)电连接；所述锁相放大器(10)的另一输入端电连接激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锟，曹渊，王贵师，朱公栋，梅教旭，高晓明，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34