[发明专利]一种基于腔增强技术的气体探测方法

权利要求书

1.一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：

（1）根据腔增强技术原理，将镀有对待测气体敏感的聚合物薄膜的光学元件置于稳定的光学谐振腔内；

（2）选择一波长位于聚合物薄膜吸收光谱内的激光器作为探测光源，并将其注入光学谐振腔；

（3）光学谐振腔输出光经聚焦透镜聚焦到光电探测器，探测光学谐振腔输出信号强度或衰荡时间或相移；

（4）根据光学谐振腔输出信号强度或衰荡时间或相移的变化情况即可得到腔内损耗，进而可得被测环境中待测气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：镀有对待测气体敏感的聚合物薄膜的光学元件垂直于腔轴或与腔轴成布儒斯特角，该光学元件尺寸大于腔内光斑尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：在有待测气体吸附在聚合物薄膜上时，聚合物薄膜吸收光谱吸收系数在光源波长处将发生改变。

4.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：所述的光学谐振腔由两块凹面镀高反膜的平凹高反镜组成，平凹高反镜反射率在激光器波长处大于99%；所构成的光学谐振腔为稳定腔或共焦腔，腔长L满足0＜L＜2r，其中r为腔镜凹面的曲率半径。

5.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：所述的光学谐振腔可以使密闭的，将样本气体充入密封光学谐振腔内；另外，该光学谐振腔也可以是开放的，直接将其置于被测环境中。

6.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：所述步骤2中的激光器的输出可以是脉冲或连续光。

7.根据权利要求2所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：将镀有对待测气体敏感的聚合物薄膜的光学元件插入光学谐振腔引起的插入损耗（吸收损耗，散射损耗，偏折损耗）小于1.0%。

8.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：所述步骤3和步骤4中通过下述方法探测腔内损耗：

A.探测光学谐振腔输出光强，适用于脉冲和连续光源。根据腔增强光谱技术原理，由待测气体吸附影响引起的聚合物薄膜吸收系数变化量为：其中L为腔长，I₀为无待测气体吸附在聚合物薄膜上时腔透射光强，I为有待测气体吸附在聚合物薄膜上时腔透射光强，有效反射率R_eff＝R-α₀，R为腔镜平均反射率,α₀为无待测气体吸附在聚合物薄膜上时光学元件及聚合物薄膜的光学损耗；

B.探测光学谐振腔衰荡时间，适用于脉冲和连续光源，根据光腔衰荡技术原理，由待测气体吸附影响引起的聚合物薄膜吸收系数变化量为：其中L为腔长，τ₀为无待测气体吸附在聚合物薄膜上时光学谐振腔衰荡时间，τ₁为有待测气体吸附在聚合物薄膜上时光学谐振腔衰荡时间；

C.探测光学谐振腔输出信号相移，适用于光强调制的连续光源，根据相移光腔衰荡技术原理，f为入射光强调制频率，为光学谐振腔透射光信号相对入射光强信号的相移，通过相移量即可求得光学谐振腔衰荡时间，然后根据方法B，可求得由待测气体吸附影响引起的聚合物薄膜吸收系数变化量。

9.根据权利要求1所述的一种基于腔增强技术的气体探测方法，其特征在于：所述步骤4中根据定标曲线即聚合物薄膜光谱吸收系数与待测气体浓度关系曲线，以及聚合物薄膜吸收系数变化量，即可求得待测气体浓度。