[发明专利]一种N2分子振转Raman谱的测量系统

摘要

本发明公开了一种N2分子振转Raman谱的测量系统。该系统由发射单元和光学接收与信号检测单元组成。发射单元采用种子注入的固体激光器输出极窄线宽的354.8 nm紫外激光照射大气分子；光学接收与信号检测单元收集由N2分子产生的振转Raman谱信号，采用双光栅色散系统将384.9‑388.6 nm范围光以8.3 mm nm‑1的线色散率在空间上色散开来，采用32通道的线阵探测器分辨并记录N2分子振转Raman谱O支（转动量子数J=16‑2）及S支（转动量子数J=0‑14）各分立谱线信号，同时对354.8 nm附近光产生优于13个数量级的抑制。本发明实现对N2分子Stokes振转Raman谱的分辨与记录，并可获取温度信息。

主权项

一种N2分子振转Raman谱的测量系统，包括发射单元、光学接收与信号检测单元；所述光学接收与信号检测单元包括汇聚镜、孔径光阑、准直镜、带通滤光片、耦合镜和双光栅光谱仪系统；发射单元采用种子注入的固体激光器输出线宽小于0.1pm的354.8nm紫外激光照射大气分子；汇聚镜收集大气分子在354.8nm紫外激光照射下产生的散射光，散射光穿过孔径光阑后由准直镜变为平行光，照射带通滤光片后由耦合镜馈入双光栅光谱仪系统；其特征在于：所述带通滤光片和双光栅光谱仪系统组合产生对354.8nm附近光优于13个量级的抑制；带通滤光片对354.8nm附近光产生优于7个量级的抑制，并以高于93％的透过率传输381.5‑392.5nm范围光；双光栅光谱仪系统产生对354.8nm附近光优于6个数量级的抑制，以8.3mm nm‑1的线色散率将384.9‑388.6nm范围光在焦面上色散开来，分辨并记录N2分子振转Raman谱O支及S支各分立谱线信号；O支转动量子数J＝16‑2，S支转动量子数J＝0‑14；所述双光栅光谱仪系统包括光纤、第一透镜(1)和第一光栅(1)、第二透镜(2)和第二光栅(2)、探测器；光纤将来自耦合镜的信号光馈入后续的光栅色散系统；光纤芯径0.6mm，数值孔径0.12，出端口中心精准位于第一透镜(1)的焦点上；第一透镜(1)和第一光栅(1)、第二透镜(2)和第二光栅(2)分别准Littrow结构布局，构成两组级联的光栅色散系统；两个光栅色散系统的焦面在同一铅直面内，光轴在同一水平面内平行且间距82.94mm；探测器分辨并记录色散后的信号光；所述第一透镜(1)直径100mm，焦距400mm，双面镀增透膜，对384.9‑388.6nm范围光透过率大于99％；第一光栅(1)为平面反射式闪耀光栅，刻线密度1200gr mm‑1，闪耀波长400nm，闪耀角度为46.00°，工作角度46.10°，衍射级次为三级；所述第二透镜(2)直径130mm，焦距800mm，双面镀增透膜，对384.9‑388.6nm范围光透过率大于99％；第二光栅(2)为平面反射式闪耀光栅，刻线密度600gr mm‑1，闪耀波长386nm，闪耀角度54.00°，工作角度55.86°，衍射级次为七级。