【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学检测装置，具体是一种全光纤耦合型积分腔装置。
技术介绍
1、在工业生产中通常采用可调谐半导体激光吸收光谱技术进行气体的检测，即光在通过充满待测气体的积分腔后，某个单一频率的光被积分腔中的待测气体所吸收，光被吸收后的衰减程度即可反映待测气体的浓度。常用的积分腔大多由两片反射镜片组成，通过漫反射进行气体浓度的检测。
2、专利cn217443635u中就公开了一种积分腔具体的应用形式。该专利基于积分腔技术构建光学探头，在积分腔体内通过激光发射器产生光束从第一高反镜片的离轴处入射后，在第一高反镜片和第二高反镜片之间形成多次反射且经过第二高反镜片的反射光束同时产生透射，透射光束再经会聚透镜会聚在探测器上；进而通过会聚在探测器上的光束的强度值计算出腔体内甲烷同位素气体的浓度。但是上述积分腔在使用的时候，激光发射器发射的激光在进入到积分腔之前就已经出现了衰减，导致激光在积分腔内的漫反射次数和漫反射强度都有所降低，从而导致探测器接收到的信号较弱，甚至其中一些信号传输到探测器上的信号强度太弱而无法被识别，进而导致气体浓度检测的精度明显降低，无法满足检测的要求。
技术实现思路
1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种全光纤耦合型积分腔装置。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种全光纤耦合型积分腔装置，包括用于产生激光的光纤耦合半导体激光器，所述光纤耦合半导体激光器的出射口处安装有用于接收激光并对接收的激
4、作为本专利技术再进一步的方案：
5、根据光的相干叠加原理，积分腔的输出光强为每次透射输出积分腔的光强的叠加，即
6、
7、其中，io为输出光强；ion为入射到积分腔内的光在积分腔内反射n次后，透射出积分腔的光强。入射到积分腔内的光，在作为积分腔腔镜的两个平凹透镜之间来回反射，每一次反射到积分腔出射端处的平凹透镜时，在该平凹透镜上发生反射的同时，光也会透射出该平凹透镜，透射出的光进入光电探测器中，进行光强的计算。ii为入射到积分腔内的光的光强。t表示积分腔腔镜的透射率。r表示积分腔腔镜的反射率。α表示积分腔内气体吸收激光的吸收损耗系数。l为积分腔的基长。
8、作为本专利技术再进一步的方案：所述积分腔为圆柱状腔体，积分腔的入射口和出射口均同轴密封安装有平凹透镜，且两个平凹透镜内凹的镜面彼此相对布置。
9、作为本专利技术再进一步的方案：所述积分腔的出射口处的外侧同轴安装有大数值孔径光纤耦合透镜，穿过大数值孔径光纤耦合透镜的激光由多模光纤传送给光电探测器。
10、作为本专利技术再进一步的方案：所述积分腔的入射口处安装有用于调节光纤耦合准直器出射角度的准直器调整架；所述准直器调整架包括同轴套设在积分腔的入射口处外侧的定位套，所述定位套的内部开设有沿着积分腔轴向两端贯通的球形腔；所述球形腔内安装有球关节，以构成球面副；所述球关节上开设有贯穿球心的安装孔，所述光纤耦合准直器安装在安装孔内，且光纤耦合准直器发射出的激光射向积分腔内。
11、作为本专利技术再进一步的方案：所述积分腔的出射口处安装有用于调节大数值孔径光纤耦合透镜位置的多维耦合透镜调整架；所述多维耦合透镜调整架包括可沿积分腔轴向移动的支撑座，所述支撑座上安装有与积分腔同轴布置且用于同轴套接大数值孔径光纤耦合透镜的透镜套。
12、作为本专利技术再进一步的方案：所述大数值孔径光纤耦合透镜安装在透镜套的前端，所述多模光纤安装在透镜套的尾端，且多模光纤的入射点与大数值孔径光纤耦合透镜的焦点重合布置。
13、作为本专利技术再进一步的方案：所述大数值孔径光纤耦合透镜为凸透镜，且大数值孔径光纤耦合透镜的直径不小于平凹透镜的直径。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、1、本专利技术将光纤耦合助推光放大器应用于积分腔的入射端处，能够直接将光纤耦合半导体激光器发出的激光进行信号放大，从而补偿激光传输过程中的功率损耗，进而有利于增大激光在积分腔内的有效光程长度至理论光程，提高测量的信噪比，降低测量的下限；同时光纤耦合助推光放大器的加入，也提高了积分腔的耦合输出光强，提高了气体浓度的检测精度，使积分腔适用于多点位分布式测量。
16、2、本专利技术使用大数值孔径光纤耦合透镜和多模光纤，将积分腔的透射光束有效地耦合进入光电探测器，实现了全光纤耦合。
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1.一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，包括用于产生激光的光纤耦合半导体激光器(1)，所述光纤耦合半导体激光器(1)的出射口处安装有用于接收激光并对接收的激光进行信号放大的光纤耦合助推光放大器(2)；所述光纤耦合助推光放大器(2)的出射口处安装有用于接收信号放大后的激光并将该激光转换成准直光的光纤耦合准直器(4)，所述光纤耦合准直器(4)的出射口处安装有供准直光反生漫反射且充入指定气体的积分腔(5)，所述积分腔(5)的出射口处安装有对积分腔(5)的输出光强进行检测的光电探测器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，根据光的相干叠加原理，积分腔(5)的输出光强为每次透射输出积分腔(5)的光强的叠加，即：
3.根据权利要求3所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)为圆柱状腔体，积分腔(5)的入射口和出射口均同轴密封安装有平凹透镜，且两个平凹透镜内凹的镜面彼此相对布置。
4.根据权利要求3所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)的出射口处的外侧同轴安装有大数值孔径光纤耦
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)的入射口处安装有用于调节光纤耦合准直器(4)出射角度的准直器调整架(3)；所述准直器调整架(3)包括同轴套设在积分腔(5)的入射口处外侧的定位套，所述定位套的内部开设有沿着积分腔(5)轴向两端贯通的球形腔；所述球形腔内安装有球关节，以构成球面副；所述球关节上开设有贯穿球心的安装孔，所述光纤耦合准直器(4)安装在安装孔内，且光纤耦合准直器(4)发射出的激光射向积分腔(5)内。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)的出射口处安装有用于调节大数值孔径光纤耦合透镜(7)位置的多维耦合透镜调整架(6)；所述多维耦合透镜调整架(6)包括可沿积分腔(5)轴向移动的支撑座，所述支撑座上安装有与积分腔(5)同轴布置且用于同轴套接大数值孔径光纤耦合透镜(7)的透镜套。
7.根据权利要求6所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述大数值孔径光纤耦合透镜(7)安装在透镜套的前端，所述多模光纤(8)安装在透镜套的尾端，且多模光纤(8)的入射点与大数值孔径光纤耦合透镜(7)的焦点重合布置。
8.根据权利要求7所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述大数值孔径光纤耦合透镜(7)为凸透镜，且大数值孔径光纤耦合透镜(7)的直径不小于平凹透镜的直径。
...【技术特征摘要】
1.一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，包括用于产生激光的光纤耦合半导体激光器(1)，所述光纤耦合半导体激光器(1)的出射口处安装有用于接收激光并对接收的激光进行信号放大的光纤耦合助推光放大器(2)；所述光纤耦合助推光放大器(2)的出射口处安装有用于接收信号放大后的激光并将该激光转换成准直光的光纤耦合准直器(4)，所述光纤耦合准直器(4)的出射口处安装有供准直光反生漫反射且充入指定气体的积分腔(5)，所述积分腔(5)的出射口处安装有对积分腔(5)的输出光强进行检测的光电探测器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，根据光的相干叠加原理，积分腔(5)的输出光强为每次透射输出积分腔(5)的光强的叠加，即：
3.根据权利要求3所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)为圆柱状腔体，积分腔(5)的入射口和出射口均同轴密封安装有平凹透镜，且两个平凹透镜内凹的镜面彼此相对布置。
4.根据权利要求3所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其特征在于，所述积分腔(5)的出射口处的外侧同轴安装有大数值孔径光纤耦合透镜(7)，穿过大数值孔径光纤耦合透镜(7)的激光由多模光纤(8)传送给光电探测器(9)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种全光纤耦合型积分腔装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏滑，张志荣，余润磬，吴边，孙鹏帅，庞涛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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