[发明专利]多光束宽带CRDS腔传感器和检测器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器或检测器。更具体地，本发明涉及可用于 检测多种气体的腔衰荡分光计(cavity ring-down spectrometer，CRDS) 类型的传感器。

背景技术

已知多种类型的腔衰荡传感器/检测器。它们已经被发现在检测少 量的污染物或不受欢迎的气体的情况下尤其有用。这些包括，例如HF、 HCI和NH3。

代表性的传感器/检测器包括2007年10月18日公布的题为“Cavity Ring-down Spectrometer Having Mirror Isolation”的Cole公布的申请 2007/0242266A1，2008年10月2日公布的题为“CRDS Mirror for Normal Incidence Fiber Optic Coupling”的Cole公布的申请 2008/0239299A1，以及2008年5月6日授权的Cole等人的题为“Cavity Ring-down Spectrometer for Semiconductor Processing”的美国专利号 7,369,242B2。上述专利全都为本申请的受让人所拥有并且通过引用 将其全部合并于此。

有时希望使用CRDS衰荡技术来测量尽可能多的气体，但是感兴 趣的气体的吸收线可能不是非常密集。这通常将需要使用可调谐的激 光检测器或被设计成在感兴趣的范围中具有高度反射性的镜、使用多 个不同的腔来测量感兴趣的具有任何一个波长范围的每种(或多种) 气体。

存在着对CRDS类型的传感器的需要，这种传感器能够被用于检 测多种不同气体的存在。优选地这样的单元将能够以成本有效的方式 实施以便比多个单独的检测器更便宜。

附图说明

图1是体现本发明的多气体检测器的俯平视图；并且

图2是图示出图1的检测器的特性的图。

具体实施方式

尽管本发明的实施例能够采取许多不同的形式，但是其特定实施 例在附图中示出并且将在此进行详细地描述，应理解的是本公开将被 认为是本发明的原理的例证以及实现本发明原理的最佳方式，而不意 在将本发明限制于所说明的特定实施例。

本发明的实施例能够通过使用一个腔来测量多种不同的气体，这 些气体的光谱(spectra)相隔很远。该腔包括呈现高反射率而仅在相 当窄的频带内透射的一对镜。这些镜所具有的传输特性使得它们合乎 使用单一波长激光器或可调谐激光器的光输入和输出的需要。

一种镜是超高反射率压电镜。通过向该堆(stack)添加附加的四 分之一波长对来使得该元件反射性更强，有可能使得该镜在非常宽的 光谱范围上基本上是全反射性的。使用这种类型的镜，从不同角度入 射在镜上的光束(beam)将呈现波长移位的(shifted in wavelength) 反射率。这是因为各层的光学厚度在不同的角度是不同的。该特性能 够被用于在公共腔内实施两个或更多环(ring)。

对于更为垂直的光束，反射率移到更长的波长。本发明的一个实 施例将能够利用一个腔来测量三种气体，例如HF、HCI和NH3。长波 长HF光谱将在相对于压电镜更为垂直的角度测量。HCI线能够在中间 角测量并且短波长NH3线能够在相对于压电镜更为切向入射地测量。

通过将光束长度保持大致相同，还可以使用类似的曲面镜。这些 镜能够被实现为侧镜之一或者还能够被结合到压电镜中。

该CRDS腔将优选地具有被调谐到感兴趣的气体线的输入激光 器。其还将优选地用诸如玻璃之类的低膨胀材料制成。内中心区域将 对流过它的气体开放以考虑到辐射的吸收。压电镜将是可移动的以使 得该腔能够被耦合到例如多个(例如两个或三个)激光束。

多个激光器和检测器能够使用相同的压电镜而基本上同时地操 作。多个光束将响应于压电镜的运动而在不同时间耦合到腔中。因此， 在腔中光束基本上将不会彼此干涉(interfere)。

在本发明的另一方面中，曲面镜能够是压电镜的一部分。可替换 地，两个其他镜中的一个或两个能够是曲面的(curved)。

图1图示了体现本发明的检测器10。检测器10包括具有外壳 (housing)12的CRDS类型的传感器，所述外壳限定了内部腔R，气流 能够流动通过所述内部腔。