專利名稱：一種痕量物質(zhì)探測器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于光學技術(shù)領域，涉及一種探測器，特別是一種痕量物質(zhì)探測器，主要用于流體、薄膜、微小顆粒、生物分子、殘留農(nóng)藥等物質(zhì)的痕量濃度測試。
背景技術(shù)：
在先進制造工業(yè)、環(huán)境分析、生命科學、醫(yī)學醫(yī)療、國防安全等許多領域存在大量的物質(zhì)痕量測量需求，并且對痕量物質(zhì)檢測靈敏度的要求越來越高。高精細度腔吸收光譜技術(shù)由于具有檢測靈敏度高、絕對測量、選擇性好等優(yōu)點，成為痕量物質(zhì)測量技術(shù)發(fā)展趨勢之一。高精細度腔光譜分析技術(shù)多用來分析痕量氣體濃度和組分，近些年來，研究者也將高精細度腔光譜分析技術(shù)應用于流體物質(zhì)分析?，F(xiàn)有技術(shù)中，有一種高精細度腔光譜分析系統(tǒng)(參見美國專利“Cavity ringdown arrangement for non-cavity filing samples”,專利號US6, 452，680 BI)。該高精細度腔光譜分析系統(tǒng)具有相當?shù)膬?yōu)點，但是，仍然存在一些不足I)采用線型精細度腔結(jié)構(gòu)，激光在高精細度腔內(nèi)形成光學駐波，導致光強分布不均，以及光束入射端腔鏡的反射光易對激光器產(chǎn)生干擾；2)只能用來測試分析流體物質(zhì)，不能對薄膜、界面、納米物質(zhì)等形態(tài)物質(zhì)的痕量濃度測試，對流體進行測量時，需要被檢測流體具有一定體積數(shù)量，對具有少量的被測流體無法進行檢測；3)激光束入射和出射樣品池時，為了使光能量在界面不出現(xiàn)損失，均要以布魯斯特角入射和出射，這樣就增加了樣品池機械定位要求和光束方向控制精度要求；4)該腔衰蕩光譜分析系統(tǒng)中的高精細度腔有兩個或多個高反射率反射鏡光學元件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復雜；5)光束從高精細度腔出射后沒有高精度分光就被光電傳感器接收，無法得到出射光高精度光譜信息，光譜信息精度不高，影響檢測精度和物質(zhì)辨別能力。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種痕量物質(zhì)探測器，具有系統(tǒng)構(gòu)成簡單、近場光學行波吸收、法-珀腔高精度分光、光譜信息豐富、測量物質(zhì)范圍廣泛，被測物質(zhì)所需量少等特點。為實現(xiàn)本實用新型之目的，采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種痕量物質(zhì)探測器，包括有光源、光束準直整形器、近場光學行波腔以及中階梯光柵光譜儀，所述的近場光學行波腔為等腰三角形棱鏡，其底面為內(nèi)全反射面，第一腰面和第二腰面為高反射率反射面，痕量物質(zhì)的測試區(qū)位于內(nèi)全反射面的光學近場區(qū)域；所述的光束準直整形器設置在光源的出射光束的光路上，光束準直整形器的出射光束由第一腰面入射近場光學行波腔，入射方向與光學行波腔的內(nèi)全反射面平行，在第一腰面、第二腰面和內(nèi)全反射面構(gòu)成的近場光學行波腔內(nèi)形成光學行波，由第二腰面出射；所述的階梯光柵光譜儀設置在近場光學行波腔的出射光束的光路上。作為優(yōu)選方案所述的光源為半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器中的一種。[0008]作為優(yōu)選方案所述的準直整形器是伽利略型準直整形器、開普勒型準直整形器中的一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的有益效果是I)系統(tǒng)中高精細度腔構(gòu)成簡單，只由一個光學元件構(gòu)成近場光學行波腔，內(nèi)部形成光場行波，光強分布均勻，光束入射端腔鏡的反射光不易對構(gòu)成光源的激光器產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)整體的結(jié)構(gòu)簡單，對機械定位要求低。2)采用近場光學行波吸收技術(shù)，將分析測量對象拓展到薄膜、界面、納米物質(zhì)、流體，擴大了應用范圍，并且測量時所需被測物質(zhì)量少。3)光束從近場光學行波腔出射后，經(jīng)過了由中階梯光柵光譜儀探測，得到出射光高精度光譜信息，光譜信息精度高，檢測精度高、物質(zhì)辨別能力強。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。1、光源；2、光束準直整形器；3、近場光學行波腔；301、第一腰面；302、內(nèi)全反射面；303、第二腰面；4、中階梯光柵光譜儀。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖對本實用新型的具體實施方式
做一個詳細的說明。
實施例根據(jù)圖1所示，本實施例所述的一種痕量物質(zhì)探測器，包括有光源1、光束準直整形器2、近場光學行波腔3以及中階梯光柵光譜儀4，所述的近場光學行波腔3為等腰三角形棱鏡，其底面為內(nèi)全反射面302，第一腰面301和第二腰面303為高反射率反射面，痕量物質(zhì)的測試區(qū)位于內(nèi)全反射面302的光學近場區(qū)域；所述的光束準直整形器2設置在光源I的出射光束的光路上，光束準直整形器2的出射光束由第一腰面301入射近場光學行波腔3，入射方向與光學行波腔3的內(nèi)全反射面302平行，在第一腰面301、第二腰面303和內(nèi)全反射面302構(gòu)成的近場光學行波腔3內(nèi)形成光學行波，由第二腰面303出射；所述的階梯光柵光譜儀4設置在近場光學行波腔3的出射光束的光路上。所述的光源可以選取半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器中的一種。所述的準直整形器可以選取伽利略型準直整形器、開普勒型準直整形器中的一種。該探測器的工作過程為光源I發(fā)射出的光束經(jīng)過光束準直整形器2準直整形后射向近場光學行波腔3,入射光由第一腰面301入射近場光學行波腔3,入射方向與內(nèi)全反射面302平行；在第一腰面301、第二腰面303和內(nèi)全反射面302構(gòu)成的近場光學行波腔3內(nèi)形成光學行波，由第二腰面303出射；在內(nèi)全反射面302發(fā)生內(nèi)全反射，測試區(qū)為內(nèi)全反射面302內(nèi)的光學近場區(qū)域，本實施例中被測流體形態(tài)物質(zhì)含有痕量農(nóng)藥，設置在內(nèi)全反射面302的光學近場區(qū)域內(nèi)；光束攜帶有被測物質(zhì)信息從第二腰面303出射，經(jīng)過中階梯光柵光譜儀4采集光譜信息，從而實現(xiàn)了高精度痕量濃度測量，本實施例成功對流體形態(tài)物質(zhì)進行了痕量濃度檢測。
權(quán)利要求1.一種痕量物質(zhì)探測器，包括有光源、光束準直整形器、近場光學行波腔以及中階梯光柵光譜儀，其特征在于: 所述的近場光學行波腔為等腰三角形棱鏡，其底面為內(nèi)全反射面，第一腰面和第二腰面為高反射率反射面，痕量物質(zhì)的測試區(qū)位于內(nèi)全反射面的光學近場區(qū)域； 所述的光束準直整形器設置在光源的出射光束的光路上，光束準直整形器的出射光束由第一腰面入射近場光學行波腔，入射方向與光學行波腔的內(nèi)全反射面平行，在第一腰面、第二腰面和內(nèi)全反射面構(gòu)成的近場光學行波腔內(nèi)形成光學行波，由第二腰面出射；所述的階梯光柵光譜儀設置在近場光學行波腔的出射光束的光路上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種痕量物質(zhì)探測器，其特征在于:所述的光源為半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種痕量物質(zhì)探測器，其特征在于:所述的準直整形器是伽利略型準直整形 器、開普勒型準直整形器中的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種痕量物質(zhì)探測器，包括有光源、光束準直整形器、近場光學行波腔以及中階梯光柵光譜儀，所述的近場光學行波腔為等腰三角形棱鏡，其底面為內(nèi)全反射面，第一腰面和第二腰面為高反射率反射面，痕量物質(zhì)的測試區(qū)位于內(nèi)全反射面的光學近場區(qū)域；所述的光束準直整形器設置在光源的出射光束的光路上，光束準直整形器的出射光束由第一腰面入射近場光學行波腔，由第二腰面出射；所述的階梯光柵光譜儀設置在近場光學行波腔的出射光束的光路上。該探測器整體結(jié)構(gòu)簡單，可分析測量對象拓展到薄膜、界面、納米物質(zhì)、流體，測量時所需被測物質(zhì)量少，檢測精度高、物質(zhì)辨別能力強。
文檔編號G01N21/01GK202916189SQ20122066924
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者沈海濱 申請人:中國計量學院