[发明专利]光腔长度稳定系统及方法

说明书

本发明提供了一种光腔长度稳定系统及方法，该光腔长度稳定系统应用于光腔结构，且包括控制单元、温度采样单元、加热驱动电路以及控温箱，其中，所述光腔结构设置在所述控温箱内部；所述控温箱用于确保所述光腔结构的温度稳定在预设温度范围内；所述加热驱动电路与所述控温箱连接，并用于驱动所述控温箱；所述控制单元与所述温度采样单元连接，且所述控制单元用于处理所述温度采样单元采集的数据并控制所述加热驱动电路的通断。本发明提出的光腔长度稳定系统包含两个单元：温度控制单元和腔长反馈控制单元，两个单元协同工作，可以解决光学谐振腔长度会因外界因素的扰动而发生无规则变化的问题，实现光学谐振腔长度的稳定。

技术领域

本发明涉及光谱测量技术领域，特别是涉及一种光腔长度稳定系统及方法。

背景技术

光腔衰荡光谱(Cavity Ring-Down Spectroscopy，CRDS)技术：CRDS技术是近些年迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术，其技术实现依靠光腔衰荡装置，该装置的主要组成部分是高反射率的光腔、激光器和探测器。其中，光学谐振腔(光腔)的主要组成部分是置于两端的反射镜，光从一端进入，在腔体里面来回反射形成共振并最终射出光腔。当激光模式与光腔模式完美匹配时，激光在光腔内部来回反射形成稳定的驻波。此时切断入射光，若腔内存在待测的样品气体，则在腔内形成振荡的激光在多次来回反射的过程中被样品不断吸收，另一端出射光的强度不断减弱。我们可以通过探测器测得不断减小的出射光的强度变化，得到光在腔内的衰荡曲线，从而得到有关样品浓度的相关信息。

然而，为实现上述过程就需要保证：光学谐振腔长度不会随着外界温度漂移、机械振动而发生无规则的变化。但是现有技术除采用稳定性更高的支架等物理方法外没有有效的技术能够实现上述要求。

发明内容

本发明提供了一种光腔长度稳定系统及方法，该系统包括温度控制单元和腔长反馈控制单元组成，以解决光学谐振腔长度会因外界因素的扰动(如环境温度变化)而发生无规则变化的问题，保证光腔在一定时间内长度不发生变化。

为了解决上述问题，本发明公开了一种光腔长度稳定系统，应用于光腔结构，且所述光腔长度稳定系统包括温度控制单元，所述温度控制单元包括控制单元、温度采样单元、加热驱动电路以及控温箱，其中，所述光腔结构设置在所述控温箱内部；所述控温箱用于确保所述光腔结构的温度稳定在预设温度范围内；所述加热驱动电路与所述控温箱连接，并用于驱动所述控温箱；所述控制单元与所述温度采样单元连接，且所述控制单元用于处理所述温度采样单元采集的数据并控制所述加热驱动电路的通断。

可选地，所述温度采样单元包括温度传感器、采样电路及数据采集单元，其中，所述温度传感器一端连接至光腔结构用于采集光腔结构的温度、另一端连接至采样电路的一端；所述采样电路的另一端连接至数据采集单元的一端；所述控制单元与所述数据采集单元的另一端连接，且所述控制单元用于处理所述数据采集单元采集的数据并控制所述加热驱动电路的通断。

可选地，所述光腔长度稳定系统还包括腔长反馈控制单元，所述腔长反馈控制单元包括参考激光器、声光调制单元、模式匹配单元、分光器、光电探测器以及反馈单元，其中，所述参考激光器用于发射激光，所述激光具有稳定的频率；所述声光调制单元用于调制激光频率；所述模式匹配单元用于确保所述激光在所述光腔结构中形成共振；所述分光器用于将从所述光腔结构中射出的光分为两束，且使得其中一束进入所述光电探测器；所述光电探测器用于将光信号转变为电信号；所述反馈单元用于获得误差信号，并将所述误差信号反馈到压电陶瓷上，且所述压电陶瓷设置于所述光腔结构的进光口。

可选地，所述反馈单元包括通过特定连接线依次连接的锁相放大器、比例积分调节器、低通滤波器以及压电陶瓷控制单元，其中，所述锁相放大器用于检测特定频率的信号强弱；所述比例积分调节器用于将所述锁相放大的电信号进行比例积分处理；所述低通滤波器用于容许低于特定频率的信号通过并禁止高于特定频率的信号通过；所述压电陶瓷控制单元用于根据误差信号的电压大小来确定压电陶瓷的移动距离。