[发明专利]用于气体拉曼信号增强的中空波导腔

说明书

本申请公开了用于气体拉曼信号增强的中空波导腔，包括中空波导、高反镜、长通滤镜和消色差透镜；所述中空波导构成中空波导腔，内壁涂覆反射膜；所述高反镜和长通滤镜分别设于中空波导腔的首、尾端；中空波导腔内填充待测气体，激光从高反镜入射到中空波导腔并激发待测气体的拉曼散射光；中空波导腔内沿不同方向传播的拉曼散射光在高反镜、长通滤镜和中空波导内壁的反射膜之间多次反射，一并经长通滤镜过滤激光后出射；长通滤镜透射出的拉曼散射光经消色差透镜准直，得到经中空波导腔增强的气体拉曼信号。本发明融合光纤增强技术对拉曼信号收集效率的提升与腔增强技术对激光有效路径的延长，实现了较低的拉曼光谱气体检出限。

技术领域

本发明属于气体拉曼光谱检测技术领域，涉及用于气体拉曼信号增强的中空波导腔。

背景技术

气体检测在环境污染检测、安全气体监测、工业过程控制等领域具有广泛需求。拉曼光谱气体检测法是基于气体的拉曼效应，通过测量气体因激光照射产生的拉曼散射光的波长判断气体组分，通过测量散射光强度判断气体含量的一种光谱气体检测方法。

相比目前常用气体检测方法，拉曼光谱法具备以下优势：可同时检测几乎所有气体组分；不同气体组分相互干扰小，检测的选择性高；无损检测，不损耗、不破坏待测气体。因此拉曼光谱法在气体检测领域中具有极大的应用前景。

然而气体拉曼散射截面积小、气体拉曼信号弱，导致拉曼光谱检测微量气体时的检出限较高。目前常用的气体拉曼信号增强方法为光纤增强技术和腔增强技术。

光纤增强技术是一种利用空芯光纤提升拉曼散射光收集效率的拉曼散射信号增强技术，传感单元体积小、检测所需气体量小。然而由于空芯光纤纤芯直径较小，气体进出光纤较慢，导致检测所需时间较长；光纤易弯曲，且不同弯曲状态下的弯曲损耗不同，因此光纤的摆放方式也会影响测得的气体拉曼散射强度，使检测的重复性较差。

腔增强技术主要分为谐振腔和多反腔两种。其中，谐振腔可使激光在腔内近乎无限次反射，其对气体拉曼信号增强幅度大，检出限相对较低，但是谐振腔所必需的频率锁定技术的抗干扰能力低，导致谐振腔技术的光学稳定性差；多反腔抗干扰能力强，光学稳定性强，但是由于激光在腔内的反射次数受限，导致拉曼信号增强幅度较低，多组分气体的检出限仍然较高。

因此目前气体拉曼信号增强方法难以兼顾高效增强、高稳定性、高重复性、短检测时间。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供用于气体拉曼信号增强的中空波导腔，融合光纤增强技术对拉曼信号收集效率的提升与腔增强技术对激光有效路径的延长，实现较低的拉曼光谱气体检出限。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

用于气体拉曼信号增强的中空波导腔，所述中空波导腔包括：中空波导、高反镜、长通滤镜和消色差透镜；

所述中空波导构成中空波导腔，内壁涂覆反射膜；

所述高反镜和长通滤镜分别设于中空波导腔的首尾端；

中空波导腔内填充待测气体，激光从高反镜入射到中空波导腔并激发待测气体的拉曼散射光；

中空波导腔内沿不同方向传播的拉曼散射光在高反镜、长通滤镜和中空波导内壁的反射膜之间多次反射，一并经长通滤镜过滤激光后出射；

长通滤镜透射出的拉曼散射光经消色差透镜准直，得到经中空波导腔增强的气体拉曼信号。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，所述中空波导内壁涂覆有多层介质反射膜。

优选地，所述中空波导是由二氧化硅制成的中空管；

所述高反镜为圆形平凹镜，反射面为凹面；