一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測器;太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器調(diào)制,被調(diào)制信號經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射,匯聚波束穿過氣體腔,再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲檢測上。本實用新型頻率分辨率高,成本低,系統(tǒng)簡單,易攜帶,大大的簡化現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜度,更易于推廣。節(jié)約成本,太赫茲損耗低,可簡單方便的而檢測氣體的太赫茲吸收光譜,有著廣闊的應(yīng)用前景和研究價值。
【專利說明】
一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及太赫茲發(fā)生器與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(terahertz,通常簡稱THz)波,通常是指頻率在0.1THz至30THz之間的電磁波(M.Tonouchi,Nature Photonics,I (2007)97)。相比于其他頻段的電磁波,太赫茲波具有光子能量低、時空相干性高等特點,使其在無線電天文、生物、遙感、通信等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]早期由于缺乏有效的太赫茲輻射的產(chǎn)生和檢測手段,使得這一波段的電磁波未能得到充分的研究和應(yīng)用。近些年來,對于太赫茲波段的研究越來越深入,也形成了多種激發(fā)太赫茲波的方法。其中BSCC0-THz(Bi2Sr2CaCu208)源是一種基于約瑟夫森效應(yīng)的高溫超導(dǎo)固態(tài)太赫茲源,根據(jù)交流約瑟夫森效應(yīng),ImV的直流電壓可以產(chǎn)生頻率高達(dá)484GHz的振蕩,通過調(diào)節(jié)結(jié)兩端的直流電壓就可以連續(xù)調(diào)節(jié)超流振蕩的頻率,它具有易用、連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點。(Wang et al.,Phys.Rev.Lett.105,057002(2010))。
[0004]在氣體的光譜研究方面,通常有微波光譜、遠(yuǎn)紅外激光器、非線性混頻技術(shù)、遠(yuǎn)紅外光柵光譜和傅里葉變換紅外光譜等技術(shù)。任何一種氣體都有其固定的轉(zhuǎn)動頻率,氣體的轉(zhuǎn)動吸收光譜的研究是區(qū)分氣體成分和含量的一種有效的方法。而很多氣體的轉(zhuǎn)動吸收頻率集中在太赫茲頻段,包括一些極性氣體分子比如硫化氫(H2S)、甲醛(H2CO)、氨氣(NH3)等一些有害氣體。對于這些在太赫茲波段具有明顯特征吸收光譜的氣體,搭建一套行之有效的測試系統(tǒng)是檢測氣體的關(guān)鍵。但傳統(tǒng)的太赫茲氣體檢測裝置系統(tǒng)比較復(fù)雜,不僅需要昂貴的太赫茲激光器,還需要復(fù)雜的光路,不利于促進(jìn)太赫茲技術(shù)在氣體分子檢測中的應(yīng)用和推廣。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本實用新型的目的是提供一種簡便實用的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,克服傳統(tǒng)太赫茲氣體檢測系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、分辨率不尚等缺點O
[0006]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述實用新型,本實用新型的技術(shù)方案為:
[0007]—種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測器;在所述的氣體腔兩側(cè)各設(shè)有一個離軸拋物面鏡,在其中的一個離軸拋物面鏡的側(cè)邊設(shè)GolayCell檢測器,在另一個離軸拋物面鏡的側(cè)邊設(shè)連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器,在離軸拋物面鏡與連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器之間設(shè)斬波器;太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器調(diào)制,被調(diào)制信號經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射,匯聚波束穿過氣體腔,再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲檢測上。
[0008]在所述的氣體腔上設(shè)有氣體腔進(jìn)氣口和氣體腔出氣口。
[0009]在所述的氣體腔上設(shè)有電阻規(guī)真空計。
[0010]所述的連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器,由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成。
[0011]所述的氣體腔,用于保存定量氣體,氣體腔窗口選用特氟龍材料,接口部分用O圈密封。
[0012]連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器,太赫茲輻射源有功率大、頻率連續(xù)可調(diào)、單一性好等優(yōu)點,非常適合用于太赫茲氣體檢測。該BSCCO太赫茲輻射源放置在Stirling制冷機(jī)里,太赫茲輻射波通過Stirling窗口輻射出來,經(jīng)過一個拋物面鏡匯聚,再通過氣體腔室,經(jīng)過另一個拋物面鏡匯聚到Golay Cell檢測器上,這樣通過對比高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源在通入氣體前后的輻射譜線,可以清楚的看到氣體的太赫茲吸收光譜。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的主要的優(yōu)點有:I)利用高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源,相比TDS系統(tǒng),頻率分辨率高,成本低,系統(tǒng)簡單。2)利用斯特靈制冷機(jī)給高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源提供低溫環(huán)境,具有小型化的特性,易攜帶,方便系統(tǒng)的搭建。3)只需要兩個小型的拋物面鏡,拋開了傳統(tǒng)的復(fù)雜的光路,大大的簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜度,更易于推廣。4)利用Golaycell太赫茲常溫檢測器,可以很好的滿足檢測要求,相比低溫檢測系統(tǒng),節(jié)約成本。5)氣體腔室,采用特氟龍材質(zhì)窗口,密封性好,太赫茲損耗低。6)實驗證明成功檢測到了 NH3的太赫茲吸收光譜,本實用新型確實可以簡單方便的而檢測氣體的太赫茲吸收光譜,有著廣闊的應(yīng)用前景和研究價值。
【附圖說明】
[0014]圖1是氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的說明。
[0016]如圖1所示,氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,主要結(jié)構(gòu)包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器1、斬波器2、一對離軸拋物面鏡3、真空計4、氣體腔5、氣體腔進(jìn)氣口6、氣體腔出氣口7和Go IayCe 11檢測器8。
[0017]連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器I,主要由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成,用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的太赫茲信號;斬波器2,用于對從Stirling窗口中輻射出的太赫茲信號進(jìn)行調(diào)制;離軸拋物面鏡3,用于匯聚已調(diào)制的太赫茲波束;氣體腔5,用于保存定量氣體,氣體腔窗口選用特氟龍材料,接口部分用O圈密封,密封性能良好;真空計4,用于檢測氣體腔室內(nèi)部氣體壓強;氣體腔進(jìn)氣口 6,用于控制氣體進(jìn)入氣體腔;氣體腔出氣口7,用于放氣,與氣體栗結(jié)合,起到控制氣體腔內(nèi)氣體壓強的作用;Golay Cell檢測器8,用于檢測太赫茲波信號。
[0018]工作時,太赫茲發(fā)生器I產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器2調(diào)制,被調(diào)制信號經(jīng)離軸拋物面鏡3匯聚反射,匯聚波束穿過過氣體腔5,再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡3匯聚到GolayCell檢測器8上。首先把氣體腔抽到真空的狀態(tài),通過改變高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的偏置電壓來調(diào)節(jié)其輻射頻率,通過Golay Cell檢測器讀取其輻射功率頻譜作為數(shù)據(jù)背景;其次打開進(jìn)氣口閥門,使待測氣體充滿氣體腔,并達(dá)到飽和蒸汽壓,再打開出氣口閥門,通過氣體栗的抽氣來控制壓強,等達(dá)到一定氣體壓強時,再次測量通過含有氣體時的太赫茲功率譜。通過比較兩次測量的曲線就可得到氣體太赫茲轉(zhuǎn)動吸收光譜。
[0019]通過實驗驗證,在低于10Pa可以觀測到氨氣的太赫茲吸收光譜,本裝置所測到氨氣的轉(zhuǎn)動吸收頻率為572.5GHz,與現(xiàn)有文章報道中的太赫茲吸收光譜相吻合。
[0020]該裝置也適合測量轉(zhuǎn)動吸收頻率集中在太赫茲頻段的氣體,以及一些極性氣體分子比如硫化氫(H2S)、甲醛(H2CO)等。
【主權(quán)項】
1.一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,其特征在于:包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I)、斬波器(2)、離軸拋物面鏡(3)、氣體腔(5)和GolayCell檢測器(8);在所述的氣體腔(5)兩側(cè)各設(shè)有一個離軸拋物面鏡(3),在其中的一個離軸拋物面鏡(3)的側(cè)邊設(shè)GolayCell檢測器(8),在另一個離軸拋物面鏡(3)的側(cè)邊設(shè)連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I),在離軸拋物面鏡(3)與連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I)之間設(shè)斬波器(2);太赫茲發(fā)生器(I)產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器(2)調(diào)制,被調(diào)制信號經(jīng)離軸拋物面鏡(3)匯聚反射,匯聚波束穿過氣體腔(5),再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡⑶匯聚到GolayCell檢測器⑶上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設(shè)有氣體腔進(jìn)氣口( 6)和氣體腔出氣口( 7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設(shè)有電阻規(guī)真空計(4)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,其特征在于:所述的連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I),由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置,其特征在于:所述的氣體腔(5),用于保存定量氣體,氣體腔窗口選用特氟龍材料,接口部分用O圈密封。
【文檔編號】G01N21/3504GK205643152SQ201620222503
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】王華兵, 孫漢聰, 李軍, 吳培亨
【申請人】南京大學(xué)