[发明专利]一种宽波段可调谐光腔衰荡光谱仪

说明书

本发明涉及一种宽波段可调谐光腔衰荡光谱仪，其特征在于，该光腔衰荡光谱仪包括宽波段可调谐激光光源、光强调节系统、光路自动切换系统、光学谐振腔阵列和光强检测及数据采集系统；宽波段可调谐激光光源用于实现不同波长下激光的输出；光强调节系统用于对不同波长激光光强进行均一；光路自动切换系统用于使得经宽波段可调谐激光光源输出的各种波长的激光均能发射到相对应的某个波长范围的光学谐振腔阵列内的光学谐振腔中；光强检测及数据采集系统用于接收和记录经光学谐振腔阵列出射的激光，同时记录经宽波段可调谐激光光源输出的激光波长。本发明可以对350～870nm波长范围内的气溶胶光学性质进行高灵敏检测。

技术领域

本发明是关于一种宽波段可调谐光腔衰荡光谱仪，涉及大气环境质量监测领域。

背景技术

光腔衰荡光谱是一种高灵敏的光谱检测手段，广泛应用于大气中痕量气体浓度和气溶胶消光特性的检测。在特定波长下，它可以根据气体的特征吸收检测气体的浓度，此外，在得知颗粒物的粒径和浓度后，也可应用于检测气溶胶的消光截面和折射率等参数。光腔衰荡光谱技术作为一种全新的、高灵敏的激光光谱技术，与传统吸收光谱中探测透射光强度的变化不同，光腔衰荡光谱测定的对象是光腔内光强衰减的速度。光在谐振腔内的强度随时间呈现自然指数衰减。对于一个给定的谐振腔，在一定的激光频率下，衰荡时间为一个定值。它只与谐振腔的腔长、高反镜的反射率和腔内介质的损耗有关，与入射光初始光强无关。这就避免了传统吸收光谱中光源光强波动对检测结果的影响。更为重要的是，由于光束在谐振腔内往返震荡，大大提高了光程。作为一种可提供长光程，对激光稳定性要求低，无需校准的绝对方法，光腔衰荡光谱无论在实验室研究以及外场观测都得到了广泛应用。

但是，目前所使用的光腔衰荡光谱多为单波长或覆盖很窄的波段，限制了它的广泛应用。单波长最多只能用于检测一种痕量气体，而且只能给出该波长下气溶胶的消光系数，无法给出宽波段范围内气溶胶光学性质的光谱分辨。然而，太阳光的波谱范围宽广，不同波段下气溶胶的光学性质却不尽相同，比如在紫外波段，很多有机气溶胶存在光吸收。另外，大部分气溶胶的折射率与波长相关，因此，覆盖宽波段的光腔衰荡光谱具有重要的应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在350～870nm波长范围内的气溶胶光学性质的高灵敏检测的宽波段可调谐的光腔衰荡光谱。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种宽波段可调谐光腔衰荡光谱仪，其特征在于，该光腔衰荡光谱仪包括宽波段可调谐激光光源、光强调节系统、光路自动切换系统、光学谐振腔阵列和光强检测及数据采集系统；所述宽波段可调谐激光光源用于实现不同波长下激光的输出；所述光强调节系统用于对不同波长激光光强进行均一；所述光路自动切换系统用于使得经所述宽波段可调谐激光光源输出的各种波长的激光均能发射到相对应某个波长范围的所述光学谐振腔阵列内的光学谐振腔中；所述光强检测及数据采集系统用于接收和记录经所述光学谐振腔阵列出射的激光，同时记录经所述宽波段可调谐激光光源输出的激光波长。

优选地，所述宽波段可调谐激光光源包括激光器、光参量振荡器和控制器，所述激光器将产生的泵浦激光发送到所述光参量振荡器，所述控制器根据试验所需波长控制所述光参量振荡器内的晶体和棱镜自动转到指定位置实现激光波长的选择性输出，同时所述控制器将所选择的波长信息发送到所述光强检测及数据采集系统的数据采集器内进行记录，经所述光参量振荡器输出的某一波长的激光发射到所述光强调节系统进行光强调节。

优选地，当所述光参量振荡器输出的激光为紫外光时，所述光强调节系统包括一光阑和一连续可调型中性密度滤波片，经所述光参量振荡器输出的激光发送到所述光阑收缩光束，经所述光阑出射的激光发射到所述光学谐振腔。