[发明专利]一种腔增强物质分析方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种物质分析方法，特别是一种腔增强物质分析方法，主要应用于环境监测、安全检测、风险评估、食品安全、质量监测、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全等领域中物质检测。

背景技术

对物质检测的需求广泛存在于环境监测、安全检测、风险评估、食品安全、质量监测、生物研究、生命科学、医学医疗、过程控制、国防安全等领域，并且对物质检测的要求越来越高，希望检测方法的检测灵敏度要高，对物质检测的下限要低。高精细度腔吸收光谱技术由于具有检测灵敏度高、功能易于扩充、选择性好等优点，成为物质检测技术发展热点之一，并且已经得到了广泛的关注。在先技术中存在一种高精细度腔增强物质检测方法，参见授权发明专利，专利名称为《一种基于近场光学行波吸收的痕量物质分析装置》，专利号：ZL200910100385.8，授权公告时间为2010年09年29日，此在先技术中的腔增强痕量物质检测方法虽然具有一定的优点，但是仍然存在不足：基于等腰三角形棱镜构成的近场光学行波腔，整体系统结构复杂，机械定位要求高，被检测物放置在光学近场区域，对被检测物存在一定要求，使用不灵活、影响应用范围；被检测区域为光学近场区域，为薄层区域，难于检测分子浓度低的物质，难度实现对气体等较低物质密度的被检测物的分析，对于较低物质密度的被检测物的检测灵敏度不够高；在先技术采用腔外光束导入方式，即采用无源腔增强技术构架，光束进入高精细度腔时存在损耗，光能利用率低，并且本质上腔内光场强度低直接影响物质检测灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种腔增强物质分析方法，具有系统工艺简单、机械定位要求低、便于实现、对被检测样品要求低、使用灵活、应用范围广、可检气态物质、灵敏度高、光能利用率高、可靠性高、光能功能易于扩充等特点。

本发明的基本构思是：基于有源高精度腔增强原理，将激光激励源设置在高精度腔内，在高精度腔内形成强光场；被检测物质设置在高精度腔内的激光区域，被检测物质受激光激发而发射特征光场，特征光场经过柱面镜汇聚线性光场导入光纤束中；光纤束的特性光场入射端的光纤端面排列成矩形，与柱面镜汇聚光场强度分布相匹配；光纤束的特性光场出射端设置有光电探测部件，用于探测特性光场信息；在光电探测部件和激光区域之间的特征光场光路上设置有滤光附件；通过数据分析得到本检测物质信息。

本发明的一种腔增强物质分析方法，其具体的技术方案如下：

步骤(1) 基于高精度腔构建原理，利用高反射率反射面构建高精细度光学谐振腔，每个反射面的反射率不低于93%；

步骤(2) 将激光增益介质设置在高精细度光学谐振腔内，光增益介质和激励部件相结合，激励部件对光增益介质进行激励，在高精细度光学谐振腔内形成稳定的激光光场，实现有源高精细度谐振腔；

步骤(3) 被检测物质设置在高精度腔内的激光光束区域，被检测物质受激光激发而发射特征光场；

步骤(4) 在设置有被检测物质的激光光束区域的侧面设有柱面镜，柱面镜无曲率变化的纵向方向与激光光束的夹角小于20度，在柱面镜的焦线区域设置有光纤束的一端，特征光场经过柱面镜汇聚线性光场导入光纤束中，光纤束的特性光场入射端的光纤端面排列成长条形，与柱面镜汇聚光场强度分布相匹配；

步骤(5) 光纤束的特性光场出射端设置有光电探测部件，用于探测特性光场信息；在光电探测部件和激光区域之间的特征光场光路上设置有滤光部件；通过数据分析得到本检测物质信息。

所述的激光增益介质为固体增益介质、气态增益介质、燃料增益介质、半导体增益介质的一种。

所述的激励部件为光学激励部件、电学激励部件一种。

所述的高精细度光学谐振腔为线形高精细度光学谐振腔、环形高精细度光学谐振腔的一种。

所述的柱面镜为透射式柱面镜、反射式柱面镜、复合式柱面镜的一种。

所述的光纤束光纤端面排列成长条形为矩形、椭圆形、菱形的一种。

所述的光纤束光场出射断面的光纤排成矩形、椭圆形的一种。

所述的滤光部件为带通滤光片、截止滤光片的一种。

所述的光电探测器为光谱检测部件、单色仪、半导体光电管、光电倍增管、雪崩管的一种。