[发明专利]气体分析系统的超稳定谐振腔

说明书

检测示踪气体的系统和方法使用了光学谐振腔、以及通过腔体耦合镜耦合至该腔的相干光源。建造该腔的材料其热膨胀系数与确定该腔的镜元件相同或相似。主(大体积)腔材料可以与构成镜元件的主(大体积)材料相同或不同。相比现存的基于相似原理的腔体结构，这种谐振腔结构提供了更高的精度和稳定性。

背景技术

本公开涉及气体分析系统和设备，更具体地涉及对测量气体浓度的温度敏感度更低的装置。

发明内容

本公开提供了各个实施例的检测示踪气体的系统和方法，其使用了光学谐振腔、以及通过腔体耦合镜耦合至所述腔的相干光源。建造所述腔的材料其热膨胀系数与限定所述腔的镜元件相同或相似。例如，主(大体积)腔材料可以与构成镜元件的主(大体积)材料相同或不同。相比现存的基于相似原理的腔体结构，这种谐振腔结构提供了更高的精度和稳定性。各个元件可包括其他材料，例如涂层等等，以提高系统的其他特性。

实施例有利于减少装置的温度敏感度，并减小由环境温度变化引起的机械应力。

根据一实施例，提供了一种检测存在于气态或液态介质中的一个或多个被分析物种类的装置。所述装置通常包括由第一材料制成的光学谐振腔体结构，所述光学谐振腔体结构具有第一端和第二端。第一材料可包括玻璃或玻璃陶瓷。光学谐振腔体结构通常包括入口端，以接收液态或气态介质，还包括出口端，以允许介质离开所述腔。所述装置通常还包括接近光学谐振腔体结构第一端的第一镜元件、以及接近光学谐振腔体结构第二端的第二镜元件，其中第一和第二镜元件的每一个由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，第一材料包括石英玻璃。在某些方面，所述装置进一步包括接近第一端或第二端的第三镜元件，其中第三镜元件由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，所述装置进一步包括接近第一端或第二端的第四镜元件，其中第四镜元件由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，所述腔包覆或容纳在外壳结构或腔室中，这样为容纳在外壳结构或腔室中的部件实现了受控的(例如压力和/或温度)环境。

根据另一实施例，提供了一种用于装置内的光学谐振腔，所述装置检测存在于气态或液态介质中的一个或多个被分析物种类。所述光学谐振腔通常包括由第一材料制成的外壳结构，所述外壳结构具有第一端和第二端，接近所述外壳结构第一端的第一镜元件、以及接近所述外壳结构第二端的第二镜元件，其中第一和第二镜元件的每一个由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，第一材料包括石英玻璃。在某些方面，所述光学谐振腔进一步包括接近第一端或第二端的第三镜元件，其中第三镜元件由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，所述光学谐振腔进一步包括接近第一端或第二端的第四镜元件，其中第四镜元件由第一材料制成，或者由与第一材料的热膨胀系数相同或大致相近的材料制成。在某些方面，该光学谐振腔包覆或容纳在外部外壳结构或腔室中，这样为容纳在外部外壳结构或腔室中的部件实现了受控的(例如压力和/或温度)环境。

参照说明书的余下部分，包括附图和权利要求书，将会理解本发明的其他特征和优点。本发明的其他特征和优点，以及本发明各个实施例的结构和操作，将在下文参照所附附图进行详细描述。在附图中，相同序号表示相同或功能性相似的元件。

附图说明

图1示出了实施例的装置结构。

图2示出了另一实施例的装置结构。

图3示出了实施例的带有4块镜的装置结构。

图4示出了另一实施例的带有4块镜的装置结构。

具体实施方式

本文一般涉及示踪气体的检测，更具体地涉及光学谐振腔，以及使用该光学谐振腔的腔增强吸收光谱系统和方法。这种系统和方法用于测量混合气体的组分，例如空气中的示踪气体。实施例有利于减少装置的温度敏感度，并减小由环境温度变化引起的机械应力。