[发明专利]一种多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统

权利要求书

1.一种多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，包括第一红外光梳光源、第二红外光梳光源、第一光栅、第二光栅、气样池、增强腔输入镜、增强腔输出镜、第三光栅、第四光栅、半波片、合束片、第一光电探测器、第二光电探测器、差分放大器和频谱分析仪；其中，所述第一红外光梳光源和第二红外光梳光源为两个微小重复频率差的红外光梳光源，所述第一红外光梳光源输出探测光通过第一光栅依据频率和衍射角不同的性质在空间上形成若干分束探测光，所述第二光栅与第一光栅平行配置用于调整若干分束探测光方向使其轴向入射到在相应波段具有高反特性的增强腔输入镜上，并在位于所述气样池内的增强腔输入镜和增强腔输出镜构成的含多组分气体样品的稳定光学谐振腔内振荡，被多组分不同波段的待测气体部分吸收，使探测光携带气体样品吸收谱的指纹信息，所述第三光栅和第四光栅组成的光栅对用于对增强腔输出镜输出的若干分束探测光在空间上合束为一路激光，所述第二红外光梳光源输出本征光通过半波片调节偏振，再和含有多组分气体指纹信息的探测光一起入射到与两束光路均呈45度的合束片上，所述本征光和探测光在合束片进行拍频合束，并通过合束片分束后分别入射到第一光电探测器和第二光电探测器上进行光电信号转换，所述差分放大器对电信号进行优化并放大后通过频谱分析仪采集，所述频谱分析仪利用傅立叶变换得到与待测气体浓度成正比关系的红外光谱强度信号，从而获得射频域吸收谱并识别气体的浓度与种类。

2.根据权利要求1所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述第一红外光梳光源和第二红外光梳光源采用中心波长在1.55μm近红外光梳光源，零频均为f₀，重复频率分别为f_r1及f_r2，重频差为△f＝f_r2-f_r1＝1Hz～10KHz。

3.根据权利要求2所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述第一红外光梳光源和第二红外光梳光源每台光梳由n个频率齿构成，第n个梳齿对应频率分别为f_n＝f₀+nf_r1及f′_n＝f₀+nf_r2，且在第n个梳齿处的梳齿频率差即拍频信号f_b＝n·|f′_n-f_n|＝n△f。

4.根据权利要求1所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述增强腔输入镜的反射率大于99.99％。

5.根据权利要求1所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述气样池内存在若干个由一组增强腔输入镜和增强腔输出镜共同构成的腔内高反域，所述高反域是根据入射到某增强腔输入镜上波段选择反射率的增强腔输入镜和增强腔输出镜间构成的区域。

6.根据权利要求1所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述气样池包含一个进气口和一个出气口。

7.根据权利要求1所述的多波段腔增强红外光梳光谱气体检测系统，其特征在于，所述气样池的腔长L满足光学谐振腔条件R为腔镜凹面曲率半径。