專利名稱：激光譜儀信號倍增器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光檢測技術(shù)應(yīng)用，特別是對一般激光吸收光譜術(shù)較難乃至一些不能檢測到的相干弱光信號進行精確測量的技術(shù)領(lǐng)域。
激光吸收光譜是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種光譜分析方法，這種方法最通用的測量方法是“透射衰減測量法”，使用這種方法可以準確地測定物質(zhì)的吸收系數(shù)和吸收光譜。具體的測量方法是設(shè)頻率為的激光入射到樣品上的強度為IO(ν)，透過L長的樣品后，光強為I(ν)，從而樣品的吸收系數(shù)K(ν)可表述為I(ν)／IO(ν)＝e－K(ν)L即K(ν)＝－ 1/(L) Ln (I)/(Io) ((ν))/((ν))用這種方法所設(shè)計成的激光譜儀簡單，易于操作，獲得數(shù)據(jù)準確，但是此方法不足是在測量過程中激光的輸出功率不能過大，否則產(chǎn)生飽和作用。另外測量范圍有限制，如對一些光敏物質(zhì)及吸收光極強的物質(zhì)。激光過強會使待測樣品變質(zhì)和破壞，這樣要測這類物質(zhì)或其它諸如在分子束、原子束樣品、低氣壓樣品、低吸收而熒光極弱樣品、化學反應(yīng)中間產(chǎn)物等，必須把激光功率降低，這樣輸出信號的信噪比將很低，那么用上述的方法及裝置就很難測出了。
參考文獻(1) 原子與分子光譜導論王國文(2) 激光光譜學的基礎(chǔ)和技術(shù)W.戴姆特瑞德本實用新型為了克服上述方法的缺點，提供一種應(yīng)用在激光譜儀上的信號倍增器，使其對一般激光譜儀難以檢測乃至檢測不到的弱光信號能實現(xiàn)檢測，并且能有效地提高信號檢測靈敏度，大幅度提高信噪比，顯著地簡化測量手段，從而拓展現(xiàn)有激光吸收光譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。
本實用新型利用兩束相干光在光折變晶體中存在的兩波耦合效應(yīng)，做成弱光信號放大器(1)，將弱光信號放大器(1)放在由多種光學部件組成的光路圖(1)中，外面有一箱體組成激光譜儀信號倍增器。弱光信號放大器(1)主體是光折變晶體，如鈦酸鋇晶體、鈮酸鍶鋇晶體、鉀鈉鈮酸鍶鋇晶體、鈮酸鉀晶體、鈮酸鋰晶體等，將某一種晶體固定在光學調(diào)節(jié)架上(晶體不同，放大倍數(shù)不同)。晶體使用前要用光照或加熱方法清除貯存在晶體內(nèi)的光柵結(jié)構(gòu)，以保證測量的準確性和可靠性，其第二部分是由反射鏡M1、M2，瀘光片F(xiàn)1、F2，分束器S，針孔H1、H2、H3，樣品盒C、吸光器A、光檢測器P，信號放大器(1)組成的光路，如圖(1)所示。
其第三部分是儀器箱體，上述所有的光學部件分別固定在儀器箱體底座及側(cè)壁上，箱體滿足光屏蔽條件，箱體具有光檢測器P接口。整個儀器在使用中可拆卸分裝使用也可整體使用。
實施例(ⅰ)弱光信號放大器(1)采用單疇化鈦酸鋇晶體，晶體尺寸為5×5×5mm3，晶體的六個面皆光學拋光。晶體固定在聚四氟乙稀框架之中，具體技術(shù)要求是晶體在框架中固定不動，可滿足六面通光，晶體在被固定過程中不承受過大的機械應(yīng)力(僅以緊固力為限)。聚四氟乙稀框架固定在基面可三維調(diào)整并帶有減震薄橡皮墊的支架(2)上，支架(2)具有升降微調(diào)機構(gòu)并能繞鉛直軸進行360°旋轉(zhuǎn)。支架(2)與儀器箱體底板緊固，其上裝有鎖定裝置，一旦光路裝調(diào)完畢可鎖定不動。晶體頂部裝有可移動會聚式微型紅外燈，調(diào)整紅外燈使其會聚束斑罩住晶體，使晶體置于均勻光場照射之下。預(yù)先定標紅外燈光強(調(diào)節(jié)電壓)使晶體內(nèi)建立的光柵能在5秒鐘內(nèi)清除干凈，紅外燈外電路由變壓器及定時器和供電開關(guān)組成，它們安裝在機箱側(cè)壁之上。
(ⅱ)光學部件及其調(diào)解裝置，從儀器光路圖可以看出，光學部件由光闌Ⅰ分束器S、可變衰減器F、全反射鏡M1及M2組成、(1)為弱光信號放大器、光路具體配置是自分束器(分束比為11)出射的光，光束Ⅰ經(jīng)全反鏡M2可變衰減器F2、小孔H3、樣品盒C、入射到弱光信號放大器(1)上，被放大光信號用光電管探測，光束Ⅱ經(jīng)全反鏡M1入射到弱光信號放大器(1)上，其透射光用吸光器吸干凈。儀器中各光學元件皆固定在三維可調(diào)支架上并與儀器底板緊固。支架是可拆卸式的，一旦裝調(diào)結(jié)束即鎖定不動。
(ⅲ)儀器箱體，部分(ⅰ)及(ⅱ)固定在箱體底板及側(cè)板上，箱體底板上安置三個定位針孔H1、H2、H3做為調(diào)光基準孔。儀器出廠前首先對光路進行光學裝校，在儀器性能指標達最佳條件下，將S、M1、M2、(1)鎖定，然后，安裝調(diào)試的定位孔H1、H2、H3(使光線通過三個孔后)鎖定。使用本儀器時，入射激光將由三個針孔定位后而自動滿足光路使用條件，箱體頂蓋可開啟(交鏈式結(jié)構(gòu))，但需滿足光屏蔽條件。(1)出射光處的箱體側(cè)壁上裝有可變光闌和固件結(jié)構(gòu)，可以用來安裝光電二極管或光電倍增管，此處同樣要求光屏蔽條件，頂蓋材料為煮黑鋁板厚3mm，四壁為鋁合金材料厚8mm，底板為網(wǎng)狀鑄鐵件厚1cm，箱體底板裝有高低調(diào)節(jié)裝置。
本實用新型制做的激光譜儀檢測靈敏度高，分辨率高，可直接用于各類物質(zhì)的吸收譜測量。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作處理可以微機化，數(shù)據(jù)準確可靠，它可對普通激光譜儀難以測量乃至不能測量的樣品，諸如必須限制光強的材料及原子束、分子束、低氣壓樣品等，在原有的光譜儀中加上本實用新型弱光信號放大器即可測得，它大大地拓展了激光譜儀的應(yīng)用范圍。使用本實用新型對待檢測弱光信號已成功獲得10000倍以上的直接光信號強度放大，本實用新型將可使待檢測信號實現(xiàn)三個乃至四個數(shù)量級的放大。
權(quán)利要求1.一種由激光器、吸收盒、光檢測器和多種光學部件組成的激光譜儀信號倍增器，其特征在于具有一個用光折變晶體做成的弱光信號放大器(1)，其弱光信號放大器(1)是用一種經(jīng)光學拋光的光折變晶體固定在聚四氟已烯框架中，框架固定的基面可三維調(diào)節(jié)具有減震橡皮墊的可旋轉(zhuǎn)360升降微調(diào)架上，弱光信號放大器(1)、吸收盒(C)、反射境(M1、M2)瀘光片(F1、F2)、分束器(S)、吸光器(A)、、針孔(H1、H2、H3)分別固定在機箱底板上，光檢測器(P)固定在機箱左側(cè)板(B)上。
2.按權(quán)利要求(1)所述的激光譜儀信號倍增器，其特征在于弱光信號放大器(1)所用的光折變晶體是鈦酸鋇晶體、鈮酸鋰晶體，鈮酸鍶鋇晶體、鉀鈉鈮酸鋇晶體、鈮酸鉀晶體做成的。
專利摘要本實用新型屬于激光檢測技術(shù)應(yīng)用，特別是對一般激光吸收光譜術(shù)較難測量乃至一些不能檢測的弱光信號進行精確測量的技術(shù)領(lǐng)域，本實用新型由弱光放大器，光檢測器，以及光學元部件組成的光路系統(tǒng)三部分組成。弱光放大器主體是由光折變晶體、若干光學部件及相關(guān)調(diào)節(jié)裝置組成，該儀器檢測靈敏度高、分辨率強，可直接用于各類物質(zhì)的吸收譜測量，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，使用本實用新型可實現(xiàn)對待檢測的弱光信號強度實現(xiàn)三個乃至四個數(shù)量級的放大。
文檔編號G01N21/31GK2062842SQ8920733
公開日1990年9月26日 申請日期1989年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月23日
發(fā)明者張治國, 朱辛, 葉佩弦, 王大地, 張時明 申請人:中國科學院物理研究所