[发明专利]多通道激光吸收光谱测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学仪器领域，具体涉及一种多通道激光吸收光谱测量系统。

背景技术

对于研究低温等离子体内部粒子的动力学规律，通常采用光学诊断方法获得目标激发态粒子的粒子数密度。为了获得可发光能级的粒子数密度，通常通过观测等离子体的发光强度获得发光上能级的密度。而对于发光能级下能级的粒子数密度往往通过光学吸收的方法，即通过观测等离子体中下能级粒子对相应波长光的吸收情况判断下能级粒子数密度，所以吸收光谱方法需要外在光源向等离子体发射光子，而激光拥有很好的单色性以及方向性，是用于光学吸收的高质量光源，并且利用激光吸收信息可以得到下能级粒子的吸收线型，得到多普勒展宽从而得到气体温度等信息。

对于科学研究与工业需求，放电气体种类繁多，每种放电气体又有多种需要利用激光吸收确定粒子数密度的能级粒子，因此对于激光光源有以下要求：第一，激光器能够调节的激光波长范围要尽可能大，要能够覆盖输出测量需要的谱线。第二，激光的输出激光在扫描过程中波长与能量需要极其稳定，可重复性好。同时，对检测单元有以下要求：第一，由于放电形式多样，对激光吸收检测时要求检测装置具有可调的时间分辨能力。在脉冲放电情况下，粒子数密度是随时间变化的。有些能态，比如氩原子的两个共振态1s2和1s4密度变化的特征时间是微秒量级的，这就要求检测器具有很高的时间分辨能力。而有些能态，比如氩原子的两个亚稳态1s₃和1s₅密度变化的特征时间为毫秒量级，对检测器的时间分辨能力要求就较低。第二，由于激光吸收存在能量饱和的情况，所以在测量亚稳态时往往激光强度较低，测量共振态时激光强度较大，所以检测器需要有可调的灵敏度以适应不同实验中的不同强度灵敏度要求。

常用于激光吸收的激光器为窄范围可调节半导体激光器，这类激光器输出波长与能量很稳定，但波长的可调节范围仅有30nm左右。但对于氩气放电等情况，4个第一激发态1s₂-1s₅的密度测量需要的波长跨度是大于30nm的。现有技术中常常需要在测完一种能态粒子密度之后需要更换激光器。激光光学光路是极精密的，更换激光器可能会对光路造成扰动，带来测量误差。而且由于更换激光器的操作导致测试时间较长，也会影响测量结果的真实程度。再者，现有技术中，测量器的时间分辨率和灵敏度固定，不能适用于所有的被测试粒子，往往给带来很大的误差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种具有较大波长调节范围的多通道激光吸收光谱测量系统。

根据本发明实施例的多通道激光吸收光谱测量系统，包括：可调节激光器组，所述可调节激光器组包括多个可调节激光器；激光合成单元，所述激光合成单元用于将所述多个可调节激光器发出的激光汇成一束合成激光束；激光分光单元，所述激光分光单元用于将所述激光束合成单元发出的所述合成激光束分为相同的第一激光束和第二激光束；法布里-珀罗干涉仪，所述法布里-珀罗干涉仪用于激光频率标定，所述第一激光束经过所述法布里-珀罗干涉仪；第一检测器，所述第一检测器位于所述法布里-珀罗干涉仪的后端，用于检测经过所述法布里-珀罗干涉仪后的第一激光束的强度；待测气体腔室，所述待测气体腔室用于容纳待测气体，所述第二激光束经过所述待测气体腔室；第二检测器，所述第二检测器位于所述待测气体腔室的后端，用于检测经过所述待测气体腔室后的第二激光束的强度；和显示装置，所述显示装置与所述第一检测器和所述第二检测器相连，用于显示检测结果。

由上可知，根据本发明实施例的多通道激光吸收光谱测量系统至少具有如下优点：1.通过可调节激光器组，可调节输出的激光波长覆盖范围在100nm以上，覆盖大多数稀有气体第一激发态密度测量需要的激光波长；2.利用激光合成单元将多个可调节激光器发出的激光汇到同一条光路上，在更改测量对象时，只需要更改激光波长，而无需更改光路，大大简化了操作；3.利用了可调时间分辨能力以及灵敏度的检测器，能够满足任何的条件，降低了在检测器光路端的难度；4.能够在任何一个条件下，在同一个放电时间单元内，同时获得这个放电中所需要被测量的能级粒子数密度，对于研究等离子体中粒子动力学过程有重要意义。

另外，根据本发明实施例的多通道激光吸收光谱测量系统还具有如下附加技术特征。