连续锁模近场光腔衰荡光谱分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种连续锁模近场光腔衰荡光谱分析装置。现有装置采用线型精细腔，光机定位要求高、结构复杂，不能对薄膜、界面等进行测试。本发明专利技术将相干光源出射光束分成具有不同偏振特性的两束，一束偏振光经过光学调制与控制构成测量光束，另一束经过频率调控形成锁模光束，两束光经过偏振分光镜统一路径后，入射单一光学元件构成的环形高精细度腔，出射光束经过偏振分光镜分光，锁模光束被探测后形成反馈信号控制移动部件，带动光学行波高精细度腔产生位移，入射光束与高精细度腔在测量时保持连续锁模。本发明专利技术精细腔构成简单，只有一个光学元件，结构简单稳定，对机械定位要求低，并且光谱分析测量对象可为薄膜、界面、纳米物质、流体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学
，涉及一种光谱分析装置，特别是一种连 续锁模近场光腔衰荡光谱分析装置。主要用于流体、薄膜、界面、纳米 物质等形态物质的痕量浓度测试。
技术介绍
在环境分析、生命科学、医学医疗、国防安全、先进制造工业等许 多领域存在大量的物质痕量测量需求，并且对痕量物质检测灵敏度的要 求越来越高。腔衰荡光谱分析技术由于具有检测灵敏度高、绝对测量、 选择性好等优点，成为痕量物质测量技术发展趋势之一。腔衰荡光谱分 析技术多用来分析痕量气体浓度和组分，近些年来，研究者也将腔衰荡 光谱分析技术应用于流体物质分析。现有技术中，有一种腔衰荡光谱分析系统(参见美国专利"Cavity ring down arrangement for non-cavity filing samples",专利号US6， 452， 680 Bl)。该腔衰荡光谱分析系统 具有相当的优点，但是，仍然存在一些不足1)该腔衰荡光谱分析系统 中采用线型精细腔结构，激光在高精细度腔内形成光学驻波，导致光强 分布不均，以及光束入射端腔镜的反射光易对激光器产生干扰；2)该测 试系统中，激光与腔耦合效率低，激光束初次入射高精细度腔镜时发生 透射和反射，透射光在高精细度腔内发生往返传播，光能利用率低，光 电探测器探测此透射到腔内光束通过某一腔镜的出的射激光能量衰荡变 化，光能量很低，要求探测器具有高探测灵敏度，对系统光电检测部分 提出高要求；3)只能用来测试分析流体物质，不能对薄膜、界面、纳米 物质等形态物质的痕量浓度测试，对流体进行测量时，需要被检测流体 具有一定体积数量，对具有少量的被测流体无法进行检测；4)该腔衰荡 光谱分析系统对高精细度腔系统结构的机械加工和定位要求高，结构复 杂，激光束入射和出射样品池时，为了使光能量在界面不出现损失，均 要以布鲁斯特角入射和出射，这样就增加了样品池机械定位要求和光束方向控制精度要求；5)该腔衰荡光谱分析系统中的高精细度腔有两个或多个高反射率反射镜光学元件构成，结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述在先技术的不足，提供一种连续锁模近 场光腔衰荡光谱分析装置，具有光学行波环形高精细度腔中光强分布均 匀，反射光不易影响激光器性能，激光与高精细度腔实现连续锁模，测 量物质范围广泛，被测物质所需量少，系统构成简单等特点。本专利技术的基本构思是将激光器出射光束分成具有不同偏振特性的 两束， 一束偏振光经过光学调制与控制构成测量光束，另一束经过频率 调控形成锁模光束，两束光经过偏振分光镜统一到同一路径后，入射单 一光学元件构成的环形高精细度腔，由于两束光存在频率和偏振差异， 在腔内不存在耦合相干，出射光束经过偏振分光镜分光，锁模光束被探 测后形成反馈信号经过分析处理单元控制移动部件，带动环形高精细度 腔与入射光束产生相对位移，从而确保入射光束与高精细度腔保持连续 锁模，出射的测量光束被另外探测器接受，形成衰荡信号，实现痕量物 质检测；环形高精细度腔的内全反射点处形成光学近场检测区，可对流体、生物芯片、颗粒物质等形态物质测试。本专利技术的技术解决方案为包括相干光源、入射偏振分光镜、光束 调制与控制器、频率调控器、分析控制单元、光学行波高精细度腔、探 测偏振分光镜、锁模探测器，信号探测器。光束整形隔离部件、入射偏 振分光镜和锁模光束反射镜依次置在相干光源的出射光束位置上。入射 偏振分光镜对S光反射，对p光透射，测量光束反射镜设置在入射偏振 分光镜的出射S偏振态光束光路上。在测量光束反射镜的反射光路上依次设置有光学行波高精细度腔和探测偏振分光镜；合成偏振分光镜设置在测量光束反射镜和光学行波高精细度腔之间，位于测量光束反射镜的 反射光路与锁模光束反射镜的反射光路的交点处，测量光束反射镜的反 射光路与锁模光束反射镜的反射光路以合成偏振分光镜的偏振分光面对 称。光束调制与控制器设置在测量光路上，频率调控器设置在锁模光路上；所述的测量光路为光通过入射偏振分光镜、测量光束反射镜和合成 偏振分光镜的路径；所述的锁模光路为光通过入射偏振分光镜、锁模光 束反射镜和合成偏振分光镜的路径。锁模探测器设置在探测偏振分光镜的透射光光路上，信号探测器设置在探测偏振分光镜的反射光光路上。 所述的光学行波高精细度腔为等腰三角形棱镜或等腰梯形棱镜，两个腰 为高反射率入射面和高反射率出射面、底面为内全反射面；移动部件与 光学行波高精细度腔配合连接。相干光源、光束调制与控制器、频率调 控器、移动部件、锁模探测器和信号探测器均与分析控制单元电连接。所述的相干光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体 激光器的一种。所述的光束整形隔离部件是由扩束倍率可调的光束扩束光学部件与 光学隔离部件顺序连接构成。所述的光束调制与控制器为液晶型空间光调制器、反射式空间光调 制器、声光电光调制器的一种。所述的频率调控器为声光调制器、电光调制器、变频晶体调制器的一种。所述的光束调制与控制器设置在入射偏振分光镜和测量光束反射镜 之间，或设置在测量光束反射镜和合成偏振分光镜之间。所述的频率调控器设置在入射偏振分光镜和锁模光束反射镜之间， 或设置在锁模光束反射镜和合成偏振分光镜之间。所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。 所述的移动部件为步进电机、压电陶瓷位移器、纳米位移元件中的一种。本专利技术装置的工作过程为相干光源发射出光束，经过光束整形隔离 部件整形入射偏振分光镜；入射偏振分光镜对s光反射，对P光透射，出 射的s偏振态光束经过光束调制与控制器后，被测量光束反射镜反射后 入射合成偏振分光镜；出射的P偏振态光束被反射镜反射后，经过频率 调控器移频后，入射合成偏振分光镜；光束调制与控制器和频率调控器 与分析控制单元相连；合成偏振分光镜对s光透射，对p光反射，出射 的s和p偏振态光束共路径，入射到由单一光学元件构成的光学行波高 精细度腔；光学行波高精细度腔为等腰三角形棱镜，高反射率入射面和 高反射率出射为两个腰、内全反射面为地面，测试区为内全反射面的光 学近场区域；光束由高反射率入射面入射，在高反射率入射面、内全反射面和高反射率出射面反射形成行波，由高反射率出射面出射，由探测偏振分光镜分光；探测偏振分光镜对s光反射，对p光透射，信号光s光束被出射方向上置有信号探测器探测，锁模光p光束被出射方向上置有锁模探测器探测；信号探测器和锁模探测器与分析控制单元相连；分 析控制单元与移动部件相连，移动部件与高精细度腔机械连接，锁模探 测器信号被分析控制单元反馈给移动部件，产生高精细度腔与腔入射光 束相对位移，实现光束与高精细度腔连续锁模；被测物质置于内全反射 面上，光束调制与控制器对s光束进行开关，得到测量衰荡信号，实现 测量。如果被测物质为具有一定量的流体，可在内全反射面上置有流通 池，实现动态连续测量。在光路布置上可以根据具体情况在光束上放置 反射镜改变光束行进方向，偏振分光镜在使用时可以选择适当的分光特 性。本专利技术装置中通过分析控制单元控制相干光源、光束调制与控制器、 频率调控器、移动部件，以及锁模探测器和信号探测器将探测信号发送 给分析控制单元进行处理，这些都是成熟技术。本专利技术的专利技术点在于提 供一种可以连续锁模的近场光腔衰荡光谱分析的光路结构。与现有技术相本文档来自技高网...

【技术保护点】
连续锁模近场光腔衰荡光谱分析装置，包括相干光源、入射偏振分光镜、光束调制与控制器、频率调控器、分析控制单元、光学行波高精细度腔、探测偏振分光镜、锁模探测器，信号探测器，其特征在于：光束整形隔离部件、入射偏振分光镜和锁模光束反射镜依次置在相干光源的出射光束光路上，测量光束反射镜设置在入射偏振分光镜的出射ｓ偏振态光束光路上；在测量光束反射镜的反射光路上依次设置有光学行波高精细度腔和探测偏振分光镜；合成偏振分光镜设置在测量光束反射镜和光学行波高精细度腔之间，位于测量光束反射镜的反射光路与锁模光束反射镜的反射光路的交点处，测量光束反射镜的反射光路与锁模光束反射镜的反射光路以合成偏振分光镜的偏振分光面对称；光束调制与控制器设置在测量光路上，频率调控器设置在锁模光路上；所述的测量光路为光通过入射偏振分光镜、测量光束反射镜和合成偏振分光镜的路径；所述的锁模光路为光通过入射偏振分光镜、锁模光束反射镜和合成偏振分光镜的路径；锁模探测器设置在探测偏振分光镜的透射光光路上，信号探测器设置在探测偏振分光镜的反射光光路上；所述的光学行波高精细度腔为等腰三角形棱镜或等腰梯形棱镜，两个腰为高反射率入射面和高反射率出射面、底面为内全反射面；移动部件与光学行波高精细度腔配合连接；相干光源、光束调制与控制器、频率调控器、移动部件、锁模探测器和信号探测器均与分析控制单元电连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高秀敏，王健，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]