[发明专利]检测稀介质中的物质

权利要求书

1.一种检测稀介质中的物质的方法，所述方法包括：

提供彼此相干并具有匹配的啁啾模式的第一激光束和第二激光束；

使至少所述第一激光束穿过所述稀介质，同时所述第一激光束的所述啁啾模式与所述物质的光谱特征的至少一部分交叉；

将所述第一激光束和所述第二激光束混合以形成混合光束；

在所述啁啾模式期间检测所述混合光束以形成输出信号；

处理所述输出信号，以测量由在整个所述光谱特征上所述稀介质的折射率变化引起的所述混合光束的改变；以及

根据测量到的属性的改变确定测量到所述物质。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一激光束和所述第二激光束均穿过所述稀介质，所述方法还包括：在将所述第一激光束和所述第二激光束混合之前，对所述第二激光束施加光学频移。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二激光束的所述啁啾模式不与所述物质的所述光谱特征交叉。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，测量到的所述混合光束的改变包括所述第一激光束和所述第二激光束之间的光学频率差的改变。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，所述光学频率差介于1MHz和1GHz之间。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中，所述检测步骤还包括检测由所述光学频率差引起的所述混合光束中的拍频信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，由折射率变化引起的所述混合光束的改变包括相位的改变，所述处理步骤还包括测量所述混合光束的相位改变。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述检测步骤还包括检测所述拍频信号的频率改变。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，处理所述输出信号还包括测量由在整个所述光谱特征上所述稀介质中的折射率变化引起的所述第一激光束和所述第二激光束之间的光程差的改变。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过比较所述混合光束的相位属性来测量所述光程差的改变。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，利用量子级联激光器产生所述第一激光束和所述第二激光束。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述啁啾模式期间，所述第一激光束和所述第二激光束以至少100Hz/ns的速率改变频率，更优选地以至少100KHz/ns的速率改变频率。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每一啁啾模式在少于10毫秒内与所述光谱特征的至少一部分交叉，更优选地在少于10μs内与所述光谱特征的至少一部分交叉。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光谱特征选自包括以下项的组：电子吸收、分子跃迁、旋转跃迁、振转跃迁、能带隙和振动带。

15.利用在气体样品中的物质的光谱特征的至少一部分上所述气体样品的折射率的改变来检测所述物质的用途。

16.一种用于检测稀介质中的物质的设备，所述物质具有光谱特征，所述设备包括：

光束源，所述光束源被布置用于产生彼此相干并具有匹配的啁啾模式的第一激光束和第二激光束；

光束引导器，所述光束引导器被布置用于使至少所述第一激光束穿过所述稀介质；

光束混合器，所述光束混合器被布置用于将所述第一激光束和所述第二激光束混合以形成混合光束；

检测器，所述检测器被布置用于在所述啁啾模式期间检测所述混合光束，并测量由光谱特征上所述稀介质的折射率变化引起的所述混合光束的改变；以及

输出器，所述输出器提供响应于测量到的改变而改变的信号。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述光束引导器还被布置用于引导所述第一激光束和所述第二激光束穿过所述稀介质，所述设备还包括位于所述光束混合器之前的光学频移器，所述光学频移器被布置用于对所述第二激光束施加光学频移。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述光束引导器还被布置用于引导所述第一激光束和所述第二激光束穿过开放大气。