一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置，所述装置包括：沿光束传播方向依次设置的第一半导体激光器(1)、准直聚焦透镜组(2)、玻璃基片(3)、聚合物薄膜微腔(4)、光电探测器(5)、锁相放大器(6)、第二半导体激光器(7)、准直聚焦透镜组(8)、微型共振腔(9)、数据采集与控制模块(10)、计算机(11)。根据锁相放大器解调的二次谐波信号幅值作为系统探测的信号值，便可实现水汽浓度的反演。经系统各参数优化调节，根据探测信号强度与探测噪声综合评价此种光声光谱气体传感器的性能，技术效果优异。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置及方法
本专利技术涉及激光检测领域，具体涉及一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置及方法。
技术介绍
随着激光光谱技术的迅速发展和激光器件的研究进步，利用激光光谱技术实现痕量气体的检测成为了新的研究领域。在众多激光光谱测量方法中，光声光谱由于具有高选择性、高灵敏度、高分辨率等优点成为了目前的一大研究热点。在传统光声光谱中，激光激发目标检测气体分子产生声波信号，进而使用麦克风来探测声波信号的强度，据该声波信号的强度即可反演目标气体的浓度信息。2002年出现了一种新的技术革新，即使用石英音叉来代替麦克风作为声信号的探测元件，由于石英音叉具有诸多的优点(品质因数高、噪声免疫性强、体积小、价格低廉等)，光声光谱技术在痕量气体检测领域又迈进了一大步。现有技术中，光声光谱式痕量气体检测技术利用可调谐激光激发待检测气体，气体吸收调制激光能量之后，在局部产生温度与气压的变化，进而形成声波，通过声波探测元件(麦克风、石英音叉)检测该声波信号的强度大小便可反演出痕量气体的浓度。在光声光谱技术中，核心元件声波探测器件的品质性能直接影响整个系统的探测性能。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置，其特征在于，所述装置包括：沿光束传播方向依次设置的第一半导体激光器(1)、准直聚焦透镜组(2)、玻璃基片(3)、聚合物薄膜微腔(4)、光电探测器(5)、锁相放大器(6)、第二半导体激光器(7)、准直聚焦透镜组(8)、微型共振腔(9)、数据采集与控制模块(10)、计算机(11)；其中，所述第一半导体激光器(1)和第一准直聚焦透镜组(2)、玻璃基片(3)、聚合物薄膜微腔(4)、光电探测器(5)、第二半导体激光器(7)、第二准直聚焦透镜组(8)、微型共振腔(9)构成一个全光学结构的光声激励与探测系统；该系统与所述锁相放大器(6)、数据采集与控制模块(...

【技术特征摘要】
1.一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置，其特征在于，所述装置包括：沿光束传播方向依次设置的第一半导体激光器(1)、准直聚焦透镜组(2)、玻璃基片(3)、聚合物薄膜微腔(4)、光电探测器(5)、锁相放大器(6)、第二半导体激光器(7)、准直聚焦透镜组(8)、微型共振腔(9)、数据采集与控制模块(10)、计算机(11)；其中，所述第一半导体激光器(1)和第一准直聚焦透镜组(2)、玻璃基片(3)、聚合物薄膜微腔(4)、光电探测器(5)、第二半导体激光器(7)、第二准直聚焦透镜组(8)、微型共振腔(9)构成一个全光学结构的光声激励与探测系统；该系统与所述锁相放大器(6)、数据采集与控制模块(10)、计算机(11)构成整个聚合物薄膜微腔的光声光谱气体传感装置；所述第一半导体激光器(1)为输出波长是1310-1550nm的连续波分布反馈式半导体激光器；所述第二半导体激光器(7)为输出波长是1395nm的连续波分布反馈式半导体激光器；所述玻璃基片(3)直径为30-40mm、厚度为0.5-1.0mm；所述聚合物薄膜微腔(4)的平凹腔长为300-500μm，直径为2.2-4.0mm，所述聚合物薄膜微腔(4)的平面以及凹面均镀有1310-1550nm高反介质膜，反射率为98％；所述光电探测器(5)的工作波段覆盖1310-1550nm；所述微型共振腔(9)的长度为10mm，内径与外径分别为1mm、1.27mm的空心金属管；所述第一准直聚焦透镜组(2)将所述第一半导体激光器(1)输出激光准直并聚焦为直径100μm的光斑，且该光斑位于所述聚合物薄膜微腔(4)的内部；所述光电探测器(5)产生的信号输出至锁相放大器(6)中，锁相放大器(6)将其信号转换为数字信号并进行谐波解调，其中所述锁相放大器(6)解调的信号为光电探测器(5)所接受的光强信号；所述第一半导体激光器(1)、锁相放大器(6)、第二半导体激光器(7)分别连接至所述数据采集与控制模块(10)，所述计算机(11)连接数据采集与控制模块(10)，通过上位机软件进行实时控制。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二准直聚焦透镜组(8)将所述第二半导体激光器(7)输出的激光准直并聚焦，使其能够无阻挡性的穿过所述微型共振腔(9)；所述微型共振腔(9)的中心点处设有边长为0.5mm的方形孔，所述方形孔正对所述聚合物薄膜微腔(4)的凸面中心点，两者间距为50μm。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一半导体激光器(1)通过控制温度调谐使其输出波长处于所述聚合物薄膜微腔(4)干涉光谱的线性区，并使用其反馈补偿特性稳定工作波长；所述第二半导体激光器(7)由低频锯齿波与高频正弦波叠加调制输出，锯齿波频率为20mHz，正弦波频率为10kHz。4.一种基于聚合物薄膜微腔的光声光谱气体测量方法，其特征在于包括，步骤一：计算机(11)设定相关参数输入至数据采集与控制模块(10)，所述计算机(11)同时控制第一半导体激光器(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马欲飞，何应，于欣，彭江波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23