[发明专利]多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置和方法

权利要求书

1.多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的方法，该方法基于多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的装置实现，该装置包括：可调谐光源(1)、辅助干涉仪、主干涉仪、数据采集卡(10)和计算模块(11)；

可调谐光源(1)输出的激光分别入射至辅助干涉仪和主干涉仪；

辅助干涉仪，用于产生时钟信号，并发送给数据采集卡(10)的时钟端；

主干涉仪的光路中包括本征光和测试光，测试光在多通池内传输后与本征光发生拍频相干；

数据采集卡(10)，用于对主干涉仪产生的拍频相干信号进行采集，并发送给计算模块；

计算模块(11)，用于根据拍频相干信号计算吸收光程和吸收光谱；

可调谐光源(1)输出的激光经第一耦合器(2-1)分成两路光，一路光入射至辅助干涉仪，另一路光入射至主干涉仪；

辅助干涉仪包括第三耦合器(2-3)、第一法拉第旋转镜(5-1)、第二法拉第旋转镜(5-2)和光纤(6)；

第三耦合器(2-3)是分光比为50:50的2×2的耦合器；

第一耦合器(2-1)输出的一路光经第三耦合器(2-3)分成两路，一路光经第一法拉第旋转镜(5-1)反射后耦合进入第三耦合器(2-3)，另一路光经光纤(6)后入射至第二法拉第旋转镜(5-2)，再经第二法拉第旋转镜(5-2)反射后耦合进入第三耦合器(2-3)，第三耦合器(2-3)输出拍频相干信号，然后经TTL时钟发生器(9)产生方波信号，该方波信号即为时钟信号；

主干涉仪包括第二耦合器(2-2)、第四耦合器(2-4)、偏振控制器(3)、光纤环形器(4)和平衡探测器(8)；

第二耦合器(2-2)是1×2的耦合器，第四耦合器(2-4)是分光比为50:50的2×2的耦合器；

第一耦合器(2-1)输出的另一路光经第二耦合器(2-2)分成两路光，一路光作为本征光经偏振控制器(3)后入射至第四耦合器(2-4)的一个输入端口，另一路光作为测试光由光纤环形器(4)的1端口进入，由光纤环形器(4)的2端口出射至多通池(7)，在多通池(7)内经多级反射以及气体的吸收后反射光重新进入光纤环形 器(4)的2端口并从3端口耦合进入第四耦合器(2-4)的另一个输入端口，本征光与测试光发生拍频相干并由第四耦合器(2-4)的2个输出端输出至平衡探测器(8)，平衡探测器(8)的输出端连接数据采集卡(10)的采集信号输入端，数据采集卡(10)的输出端连接计算模块(11)的输入端；

其特征在于，该方法包括：

步骤一、将一定浓度的待测气体充入多通池(7)中；

步骤二、开启可调谐光源(1)线性扫频输出，同时可调谐光源(1)输出触发信号触发数据采集卡(10)作数据采集准备；

步骤三、辅助干涉仪产生时钟信号，传输至数据采集卡(10)，使数据采集卡(10)对主干涉仪的拍频信号进行等频率间隔采集；

主干涉仪的测试光由光纤环形 器(4)的2端口导入多通池(7)，在多通池(7)内经多级反射以及气体的吸收后反射光重新进入光纤环形 器(4)；调节偏振控制器(3)使得从光纤环形 器(4)3端口导出的光与本振光发生拍频相干，然后由平衡探测器(8)传输至数据采集卡(10)；

步骤四、数据采集卡(10)采集拍频信号，计算模块(11)对拍频信号进行保存；

步骤五、计算模块(11)对拍频相干信号进行傅里叶变换，实现由频域谱到时域谱的变换，根据反射峰间的光程差得到吸收光程；

步骤六、在步骤五得到的时域谱中选取感兴趣的信息数据段，进行逆傅里叶变换，实现由时域谱到频域谱的变换；

步骤七、对频域谱中的幅值数据作平方处理，获得气体的吸收光谱强度信息；

步骤八、对获得的气体吸收光谱强度信息进行归一化处理，得到归一化的吸收光谱。

2.根据权利要求1所述的多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的方法，其特征在于，步骤五中计算模块(11)对多组拍频相干信号进行傅里叶变换，得到多组数据，对多组数据取平均后根据反射峰间的光程差得到吸收光程。

3.根据权利要求1或2所述的多通池内气体吸收光谱和吸收光程同步测量的方法，其特征在于，重复步骤五多次，得到多组时域谱，对多组时域谱取平均后再进行步骤六。