[发明专利]单光束飞秒激光测量空气中污染物浓度的检测装置和检测方法

权利要求书

1.一种空气中污染物浓度的检测装置，其特征在于，包括：近红外飞秒激光器（1）、四分之一波片（2）、聚焦透镜（3）、气腔（4）、准直透镜（5）、滤波片（6）、收集透镜（7）和光栅光谱仪（8）；所述的气腔（4）内充有待测气体和1个大气压的标准空气，所述标准空气由N₂: 80%和O₂: 20%组成，所述的滤波片（6）为在相干振动拉曼信号波段具有高透过率的窄带滤波片；所述的近红外飞秒激光器（1）输出的线偏振飞秒激光经过四分之一波片（2），转化成圆偏振飞秒激光，该圆偏振飞秒激光经所述的聚焦透镜（3）会聚后入射至所述的气腔（4），所述的圆偏振飞秒激光激发污染物的振动相干性，同时激发空气中的氮气分子产生窄带的氮气激射信号，将该激射信号作为探测光，其经过相干激发的污染物分子后，产生相干振动拉曼散射，经所述的气腔（4）出射的光依次经过准直透镜（5）和滤波片（6），获得高信噪比的污染物相干振动拉曼信号，该信号经收集透镜（7）聚焦到光栅光谱仪（8）。

2.利用权利要求1所述的空气中污染物浓度的检测装置进行空气中污染物浓度的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）打开气腔的微调阀，将1个大气压的标准空气和待测污染物气体充入气腔（4），所述标准空气由N₂: 80%和O₂: 20%组成，并通过微调阀控制污染物的浓度；

2）启动近红外飞秒激光器（1），输出飞秒激光；

3）调节四分之一波片（2）的角度，使得线偏振飞秒激光转化成圆偏振光；

4）圆偏振飞秒激光经过聚焦透镜（3）会聚到充有待测气体和标准空气的气腔（4），出射的光经过准直透镜（5）和滤波片（6），获得污染物相干振动拉曼信号；

5）污染物相干振动拉曼信号经过收集透镜（7）聚焦到光栅光谱仪（8）的狭缝，利用光栅光谱仪（8）对污染物相干拉曼散射信号进行采集和光谱分析；

6）通过微调阀改变气腔（4）中污染物的浓度，并使用光栅光谱仪（8）测量不同污染物浓度下相干振动拉曼信号的强度，对测量结果进行平方拟合，相干振动拉曼信号强度I与污染物的浓度ρ成二次方关系，得到相干振动拉曼信号强度与污染物浓度的拟合关系式；测量氮气激射信号的强度与污染物浓度的关系，确保改变污染物浓度时激射信号基本保持不变；

7）利用标定的污染物浓度和所述拟合关系式，反推得到污染物的浓度信息。