[发明专利]激光辐射源

说明书

技术领域

本发明涉及激光器作为光源的使用。如同在本说明书中所使用的，术语“光”意欲涵盖电磁辐射，不管是否可见，尤其包括红外波段的辐射。本发明还涉及使用这种激光器在开路式气体检测器中以用于检测气体；这种检测器包括发射器单元和检测单元，所述发射器单元包括激光器，并发射辐射光束穿过被监测空间中的路径，所述检测单元用于检测通过空间的辐射。术语“开路式气体检测器”用于涵盖这样的气体检测器，即不管路径的长度是多少，也不管路径对于大气环境是开放的还是封闭的。

背景技术

非分散红外光谱学在检测碳化氢气体方面得到很好的应用。它主要涉及沿着被监测区域中的路径发射红外辐射；将红外辐射的波长选择为使得在被监测区域的大气中，所述红外辐射被感兴趣的气体(下面称为“目标气体”)吸收，而基本上不被其它气体吸收。如果在室外监测，那么理论上该波长不应被液态或气态的水(例如以湿气、冷凝水、雾、雨水或喷雾的形式)吸收。测量沿着被监测区域中的路径通过的辐射的强度，所述辐射强度的衰减给出被监测区域中目标气体量的度量。

已知用点式气体检测器监测大气中有毒气体的存在，点式气体检测器可以是电化学的或光学的(在本说明书的上下文中，术语“有毒”气体表示除了在大气中一般能找到的例如氧气、氮气之外的气体或蒸汽，例如硫化氢、氟化氢、氨气、二氧化硫、二氧化碳以及一氧化碳)。由于设置多个检测器遍布整个区域的成本高，所以当监测较大区域时点式气体检测器的供应会有问题。此外，如果目标气体的积聚发生在检测器之间，则不会被检测到。具有超过1米的路径长度，典型地至少10米的路径长度的开路式气体检测器允许以单个设备监测更大的区域。

由于近来能够以合理的价格得到可调谐二极管激光器(参见GB-2353591)，所以使用开路式气体检测器变得更有吸引力，可调谐二极管激光器能够被调节到很窄的波长来检测特征吸收波长的目标气体。但是，需要检测的有毒气体的浓度较低，典型地为5ppm(百万分率)，甚至可能更低，例如1ppm。对于这么低的浓度，检测器中的信号噪声可能大于目标气体的信号，使得很难检测到这么低浓度的有毒目标气体。此外，由于电子元件或光学元件随时间的漂移、温度和/或大气环境等的变化，信号会变得不可辨别。此外，可调谐二极管激光器中相干激光辐射的使用会引起干涉条纹，其中明条纹与暗条纹之间辐射强度的变化远远超过所存在的低浓度目标气体所产生的信号。

一个特定来的干涉条纹源是由于激光二极管发出的主光束与同一光学系统中同一光束的杂散反射之间的干涉。即使是很微弱的反射也能产生这样的条纹：即在明条纹与暗条纹之间的差别超过目标气体所产生的信号。这种干涉条纹明显限制了使用激光光源的测量结果的可靠性。

当使用激光二极管时，必须将激光器包围在一个与外部环境气密密封的小外壳中，因为潮气和大气污染可明显降低激光器的寿命。容纳激光器的外壳或盖子(通常称为“包装”)可能将激光器发出的一部分光线反射，这个反射光最终导致如上所述的干涉条纹。

参照图1，示出一种典型的可调谐激光二极管包装1；包装1包括安装在TEC温度稳定器12上的激光器10，由于激光器输出的辐射波长是温度相关的，所以TEC温度稳定器12将激光器保持在很窄的温度范围内。激光器和温度稳定器被夹持在盖子或外壳14中，外壳14的窗口16允许激光器发出的辐射光束18沿着期望的路径被引导。大部分辐射通过窗口16，但是小部分输出照亮盖子内部，在盖子中散射，在激光器发出的辐射光束18内产生干涉条纹。此外，我们发现干涉的另一个来源是窗口反射的光线，可设想为远离窗口的位置20处的微弱相干辐射源。并且，该反射在发出的光束18内产生干涉条纹。利用涂敷在窗口上的抗反射涂层可减少自窗口16反射的辐射量，但是这不能完全消除干涉源。

因此，到目前为止还没有能够用于多种有毒气体的低成本的、可靠的开路式气体检测器，所述有毒气体是指那些表现出弱吸收、目标气体浓度低至10ppm的有毒气体。

发明内容

根据本发明，提供一种用于开路式气体检测器的发射器单元，包括：

外壳，具有窗口；

相干辐射发射器，例如可调谐激光二极管发射器，设置在所述外壳中，并配置为引导辐射光束通过所述窗口，

其中：

所述发射器和所述窗口配置为使得从所述发射器直接入射到所述窗口的辐射没有被所述窗口直接反射到所述发射器。