[发明专利]基于电磁诱导透明效应的连续波腔衰荡光谱装置及方法

摘要

本发明涉及一种基于电磁诱导透明效应的连续波腔衰荡光谱装置及方法。该装置包括：连续波半导体激光器，所述连续波半导体激光器作为探测光和控制光的光源，在其出射的探测光光路上依次设有光学谐振腔的前腔镜、第一偏振分光棱镜、电磁诱导透明介质气室、第二偏振分光棱镜、待测样品气室、光学谐振腔的后腔镜，以及用于接受探测光信号的光电探测器。本发明结合电磁诱导透明效应和腔衰荡光谱技术，将电磁诱导透明效应的特有的零吸收高色散效应用于腔内光子速度的减慢，延长光子寿命，增加光子与样品的相互作用时间，从而大大提高腔衰荡光谱的灵敏度。具有结构简单，方便易调节，兼容性好等特点。

主权项

1.一种基于电磁诱导透明效应的连续波腔衰荡光谱装置测量样品的浓度或者种类的方法，其包括如下步骤：a.光波信号的选择对探测光和控制光的波长和频率进行选择并调节其强度，使其在电磁诱导透明介质气室中构建电磁诱导透明效应，实现对探测光的零吸收和光速减慢；b.光波信号进入光学谐振腔并在腔内形成反射b1)探测光经过光学谐振腔的前腔镜进入光学谐振腔后，由于偏振关系，先全透过第一偏振分光棱镜，然后经过电磁诱导透明介质气室，再经过第二偏振分光棱镜，穿过样品气室后达到光学谐振腔的后腔镜，此时大部分光会反射回去并在腔内循环，一小部分光会透射出光学谐振腔被光电探测器所接收；b2)控制光通过第一偏振分光棱镜反射进入光学谐振腔内，控制光通过调节其偏振使得其在第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜处反射，控制光在经过电磁诱导透明介质气室时，与探测光形成一个角度θ的交叉，两束光在重合部分构建电磁诱导透明效应，然后控制光再通过第二偏振分光棱镜反射出光学谐振腔，避免其在腔内循环；c.光波信号的处理分析c1.信号发生器输出三角波电压驱动信号施加在压电陶瓷上，扫描光学谐振腔的长度，此时腔的纵模位置也会随之来回扫描，当腔纵模位置与探测光频率重合时，探测光耦合进光学谐振腔并且在腔内形成稳定的谐振；c2.光电探测器接收从光学谐振腔的后腔镜透射出的探测光信号，首先测得不放入样品气室时的透射谱，即空腔的透射谱，然后将待测样品放入样品气室测得样品的透射谱；d.通过计算机分析透射谱得到空腔和样品的衰荡时间，然后计算得出样品的浓度或者种类；其中，所述电磁诱导透明效应的连续波腔衰荡光谱装置，包括：连续波半导体激光器，所述连续波半导体激光器作为探测光和控制光的光源，在其出射的探测光光路上依次设有光学谐振腔的前腔镜、第一偏振分光棱镜、电磁诱导透明介质气室、第二偏振分光棱镜、待测样品气室、光学谐振腔的后腔镜，以及用于接受探测光信号的光电探测器；所述光学谐振腔的前腔镜和光学谐振腔的后腔镜构成衰荡腔；所述光学谐振腔后腔镜上设有压电陶瓷，所述压电陶瓷与信号发生器相连，所述信号发生器为所述压电陶瓷提供电压信号；所述控制光通过所述第一偏振分光棱镜反射进入光学谐振腔内，所述控制光通过调节其偏振使得其在所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜处反射，所述控制光在经过电磁诱导透明介质气室时，与所述探测光形成一个角度θ的交叉，两束光在重合部分构建电磁诱导透明效应，然后所述控制光再通过所述第二偏振分光棱镜反射出光学谐振腔，避免其在腔内循环；所述步骤d，具体包括：以采用连续光激光器作为光源，首先以透射峰峰值位置为对称轴作出透射峰前沿的对称曲线，然后用透射峰后沿减去所述对称曲线，得到新曲线，再用指数方程：y＝y₀+Aexp(Rx)，拟合新曲线的后沿；根据衰荡时间的定义，即强度减小到最高强度的1/e时所需的时间，通过拟合出的新曲线得到空腔和样品的衰荡时间，衰荡时间表示为：y＝y₀+Aexp(Rx)其中，x为新曲线峰值的横坐标；y₀，A和R都是拟合方程中的常数项。