一种痕量物质探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种痕量物质探测器，包括有光源、光束准直整形器、近场光学行波腔以及中阶梯光栅光谱仪，所述的近场光学行波腔为等腰三角形棱镜，其底面为内全反射面，第一腰面和第二腰面为高反射率反射面，痕量物质的测试区位于内全反射面的光学近场区域；所述的光束准直整形器设置在光源的出射光束的光路上，光束准直整形器的出射光束由第一腰面入射近场光学行波腔，由第二腰面出射；所述的阶梯光栅光谱仪设置在近场光学行波腔的出射光束的光路上。该探测器整体结构简单，可分析测量对象拓展到薄膜、界面、纳米物质、流体，测量时所需被测物质量少，检测精度高、物质辨别能力强。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光学
，涉及一种探测器，特别是一种痕量物质探测器，主要用于流体、薄膜、微小颗粒、生物分子、残留农药等物质的痕量浓度测试。
技术介绍
在先进制造工业、环境分析、生命科学、医学医疗、国防安全等许多领域存在大量的物质痕量测量需求，并且对痕量物质检测灵敏度的要求越来越高。高精细度腔吸收光谱技术由于具有检测灵敏度高、绝对测量、选择性好等优点，成为痕量物质测量技术发展趋势之一。高精细度腔光谱分析技术多用来分析痕量气体浓度和组分，近些年来，研究者也将高精细度腔光谱分析技术应用于流体物质分析。现有技术中，有一种高精细度腔光谱分析系统(参见美国专利“Cavity ringdown arrangement for non-cavity filing samples”,专利号US6, 452，680 BI)。该高精细度腔光谱分析系统具有相当的优点，但是，仍然存在一些不足I)采用线型精细度腔结构，激光在高精细度腔内形成光学驻波，导致光强分布不均，以及光束入射端腔镜的反射光易对激光器产生干扰；2)只能用来测试分析流体物质，不能对薄膜、界面、纳米物质等形态物质的痕量浓度测试，对流体进行测量时，需要被检测流体具有一定体积数量，对具有少量的被测流体无法进行检测；3)激光束入射和出射样品池时，为了使光能量在界面不出现损失，均要以布鲁斯特角入射和出射，这样就增加了样品池机械定位要求和光束方向控制精度要求；4)该腔衰荡光谱分析系统中的高精细度腔有两个或多个高反射率反射镜光学元件构成，结构复杂；5)光束从高精细度腔出射后没有高精度分光就被光电传感器接收，无法得到出射光高精度光谱信息，光谱信息精度不高，影响检测精度和物质辨别能力。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种痕量物质探测器，具有系统构成简单、近场光学行波吸收、法-珀腔高精度分光、光谱信息丰富、测量物质范围广泛，被测物质所需量少等特点。为实现本技术之目的，采用以下技术方案予以实现一种痕量物质探测器，包括有光源、光束准直整形器、近场光学行波腔以及中阶梯光栅光谱仪，所述的近场光学行波腔为等腰三角形棱镜，其底面为内全反射面，第一腰面和第二腰面为高反射率反射面，痕量物质的测试区位于内全反射面的光学近场区域；所述的光束准直整形器设置在光源的出射光束的光路上，光束准直整形器的出射光束由第一腰面入射近场光学行波腔，入射方向与光学行波腔的内全反射面平行，在第一腰面、第二腰面和内全反射面构成的近场光学行波腔内形成光学行波，由第二腰面出射；所述的阶梯光栅光谱仪设置在近场光学行波腔的出射光束的光路上。作为优选方案所述的光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。作为优选方案所述的准直整形器是伽利略型准直整形器、开普勒型准直整形器中的一种。与现有技术相比较，本技术的有益效果是I)系统中高精细度腔构成简单，只由一个光学元件构成近场光学行波腔，内部形成光场行波，光强分布均勻，光束入射端腔镜的反射光不易对构成光源的激光器产生干扰，系统整体的结构简单，对机械定位要求低。2)采用近场光学行波吸收技术，将分析测量对象拓展到薄膜、界面、纳米物质、流体，扩大了应用范围，并且测量时所需被测物质量少。3)光束从近场光学行波腔出射后，经过了由中阶梯光栅光谱仪探测，得到出射光高精度光谱信息，光谱信息精度高，检测精度高、物质辨别能力强。附图说明图1是本技术的结构示意图。1、光源；2、光束准直整形器；3、近场光学行波腔；301、第一腰面；302、内全反射面；303、第二腰面；4、中阶梯光栅光谱仪。具体实施方式下面根据附图对本技术的具体实施方式做一个详细的说明。实施例根据图1所示，本实施例所述的一种痕量物质探测器，包括有光源1、光束准直整形器2、近场光学行波腔3以及中阶梯光栅光谱仪4，所述的近场光学行波腔3为等腰三角形棱镜，其底面为内全反射面302，第一腰面301和第二腰面303为高反射率反射面，痕量物质的测试区位于内全反射面302的光学近场区域；所述的光束准直整形器2设置在光源I的出射光束的光路上，光束准直整形器2的出射光束由第一腰面301入射近场光学行波腔3，入射方向与光学行波腔3的内全反射面302平行，在第一腰面301、第二腰面303和内全反射面302构成的近场光学行波腔3内形成光学行波，由第二腰面303出射；所述的阶梯光栅光谱仪4设置在近场光学行波腔3的出射光束的光路上。所述的光源可以选取半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器中的一种。所述的准直整形器可以选取伽利略型准直整形器、开普勒型准直整形器中的一种。该探测器的工作过程为光源I发射出的光束经过光束准直整形器2准直整形后射向近场光学行波腔3,入射光由第一腰面301入射近场光学行波腔3,入射方向与内全反射面302平行；在第一腰面301、第二腰面303和内全反射面302构成的近场光学行波腔3内形成光学行波，由第二腰面303出射；在内全反射面302发生内全反射，测试区为内全反射面302内的光学近场区域，本实施例中被测流体形态物质含有痕量农药，设置在内全反射面302的光学近场区域内；光束携带有被测物质信息从第二腰面303出射，经过中阶梯光栅光谱仪4采集光谱信息，从而实现了高精度痕量浓度测量，本实施例成功对流体形态物质进行了痕量浓度检测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种痕量物质探测器，包括有光源、光束准直整形器、近场光学行波腔以及中阶梯光栅光谱仪，其特征在于：所述的近场光学行波腔为等腰三角形棱镜，其底面为内全反射面，第一腰面和第二腰面为高反射率反射面，痕量物质的测试区位于内全反射面的光学近场区域；所述的光束准直整形器设置在光源的出射光束的光路上，光束准直整形器的出射光束由第一腰面入射近场光学行波腔，入射方向与光学行波腔的内全反射面平行，在第一腰面、第二腰面和内全反射面构成的近场光学行波腔内形成光学行波，由第二腰面出射；所述的阶梯光栅光谱仪设置在近场光学行波腔的出射光束的光路上。

【技术特征摘要】
1.一种痕量物质探测器，包括有光源、光束准直整形器、近场光学行波腔以及中阶梯光栅光谱仪，其特征在于: 所述的近场光学行波腔为等腰三角形棱镜，其底面为内全反射面，第一腰面和第二腰面为高反射率反射面，痕量物质的测试区位于内全反射面的光学近场区域； 所述的光束准直整形器设置在光源的出射光束的光路上，光束准直整形器的出射光束由第一腰面入射近场光学行波腔，入射方向与光学行波腔的内全反射面平行，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈海滨，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：实用新型
国别省市：