[发明专利]一种多纵模光反馈复合光谱的气溶胶测量装置

说明书

本发明公开了一种多纵模光反馈复合光谱的气溶胶测量装置，旨在解决现有技术中的气溶胶光学特性测量误差较大、光学结构较为复杂、需要高成本单频窄线宽激光器等问题的不足。该本发明包括激光二极管、复合光谱测量腔、激光准直镜、λ/2波片、偏振分束立方体、模式匹配与整形模块、激光探测器、高灵敏麦克风等；高灵敏麦克风和激光探测器等构成测量光路，实现光声光谱和腔衰荡光谱的复合测量，由复合光谱测量腔、λ/2波片、偏振分束立方体和激光二极管等构成光反馈光路，实现激光模式锁定和线宽压窄，提高测量信噪比采用单个偏振分束立方体实现了光隔离和光反馈；本发明的结构简单、成本低、易实现、应用范围广。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其是涉及一种基于多纵模光反馈技术的复合光谱气溶胶测量装置。

背景技术

大气气溶胶可以通过散射和吸收太阳辐射影响地球大气的能量收支，影响气候变化。大气气溶胶的辐射效应取决于气溶胶的光学特性，包括气溶胶散射系数、吸收系数和消光系数。大气气溶胶消光系数在垂直方向上的积分为气溶胶光学厚度，大气气溶胶散射系数与消光系数的比值为气溶胶单次散射反照率。气溶胶光学厚度和单次散射反照率在气溶胶辐射强迫研究中尤其重要，其微小变化可能导致气溶胶辐射强迫的较大变化，因此，要准确评估气溶胶辐射强迫，需要同时准确地测量气溶胶散射系数、吸收系数和消光系数。

目前，普遍采用黑碳仪或吸收分光光度计测量气溶胶吸收系数，利用积分浊度仪测量气溶胶散射系数，进而计算得到消光系数。由于采用两台仪器分别抽取气溶胶进行气溶胶吸收系数、散射系数测量，测量对象在空间和时间上存在不一致性，测量结果可比性会存在一定问题。也有研究报道，将腔衰荡光谱技术或者光声光谱技术和积分浊度技术相结合，实现对气溶胶消光系数、散射系数和吸收系数实时测量。然而，采用积分浊度法测量气溶胶散射系数存在系统性偏差，测量结果与气溶胶粒径、复折射指数相关。

中国发明专利申请公布号CN108896449A，申请公布日2018年11月27日，名称为“一种气溶胶同步测量系统”，公开了一种气溶胶同步测量系统，其包括光路模块、气路模块、腔体模块、光声光谱信号处理模块、腔衰荡信号处理模块和控制模块，利用腔衰荡和光声光谱技术在同一本体和同一背景下完成了气溶胶的消光系数、吸收系数和散射系数测量，实现了气溶胶的光学性质的精确获取。但该发明专利未涉及光反馈技术，仅将传统的腔衰荡技术和光声光谱技术整合在一起，测量精度依赖于激光器性能，光路部分相对复杂。中国发明专利申请公布号CN102445423A，申请公布日2012年5月9日，名称为“一种光反馈式连续波腔衰荡光谱技术”，公开了一种光反馈式连续波腔衰荡光谱技术，以V型折叠腔作为衰荡腔对DFB激光器进行锁频和谱线压窄，进而实现了气体的高光谱分辨率和高灵敏度测量。但是，V型折叠腔引入了折叠镜片，增加了腔内损耗，不利于更高精度测量，且需使用单频窄线宽DFB激光器和腔长扫描，成本较高，技术实现难度较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，如气溶胶光学特性测量误差较大、光学结构较为复杂、需要高成本单频窄线宽激光器等问题，本发明提出了一种基于多纵模光反馈技术的复合光谱气溶胶测量装置，有机地将腔衰荡光谱技术和光声光谱技术相融合，利用多纵模光反馈技术实现激光的模式锁定和线宽压窄，由此提高了测量信噪比，使测量更加精确；通过单个偏振分束立方体实现了光隔离和光反馈，结构更加简单，采用多纵模激光二极管，无需纵模和相位匹配，成本低、实现容易，应用范围广。