[发明专利]一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法

权利要求书

1.一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法，该方法采用折叠型或直型光学谐振腔测量装置对光腔衰荡气体消光系数进行测量，该测量装置由激光光源(1)、光学谐振腔、聚焦透镜(4)、光电探测器(5)、数据采集卡(6)、计算机(7)、函数发生器(8)以及一维电控位移台(9)组成，折叠型光学谐振腔由凹面曲率半径为r的第一块平凹高反镜(2)、第二块平凹高反镜(3)和平面高反镜(10)组成，或者，直型光学谐振腔由凹面曲率半径为r的第一块平凹高反镜(2)和第二块平凹高反镜(3)组成，所述的激光光源(1)与函数发生器(8)之间顺次连接有平面高反镜(10)、第一块平凹高反镜(2)、聚焦透镜(4)、光电探测器(5)、数据采集卡(6)和计算机(7)，激光光源(1)与计算机(7)相连接，所述的平面高反镜(10)倾斜于光轴设置，第一块平凹高反镜(2)垂直于光轴设置，第二块平凹高反镜(3)安装在一维电控位移台(9)上，其特征在于：该光腔衰荡气体消光系数测量方法包括以下步骤：

步骤S1、将脉冲激光或光强周期调制的连续激光入射到放置于待测气体环境的光学谐振腔上，入射激光束从平面高反镜(10)透射后垂直入射到第一块平凹高反镜(2)上，激光束被第一块平凹高反镜(2)反射后按原路返回至平面高反镜(10)上，然后被平面高反镜(10)再次反射，反射光垂直入射到第二块平凹高反镜(3)上并按原路反射回平面高反镜(10)上，形成光腔衰荡；或者，入射激光束从第一块平凹高反镜(2)透射后垂直入射到第二块平凹高反镜(3)上，并按原路反射回第一块平凹高反镜(2)上，形成光腔衰荡；

步骤S2、从光学谐振腔透射的激光由聚焦透镜(4)聚焦到光电探测器(5)上，光电探测器(5)探测光学谐振腔的衰荡信号，当采用脉冲激光时，光电探测器(5)直接记录光学谐振腔的光腔衰荡信号，光腔衰荡信号再经数据采集卡(6)传递到计算机(7)上并存储；当采用光强周期调制的连续激光时，且光学谐振腔的衰荡信号幅值超过设定阈值时，触发关断入射激光束，记录光学谐振腔的衰荡信号，或在调制信号的下降沿记录光学谐振腔的衰荡信号，由衰荡信号得到衰荡时间τ，进而得到光学谐振腔的总损耗α_total，总损耗α_total根据公式计算得到，其中R为高反腔镜的平均反射率，c为光速，L为光学谐振腔腔长；

步骤S3、通过控制一维电控位移台(9)改变第二块平凹高反镜(3)位置改变光学谐振腔腔长，重复步骤S2，测量两个或两个以上不同光学谐振腔腔长L下光学谐振腔的总损耗，通过两个光学谐振腔腔长L下的损耗值差值或两个以上光学谐振腔腔长L下损耗值差值与光学谐振腔腔长L之间关系的线性拟合的斜率，即可得到待测气体消光系数为其中α_totalL1和α_totalL2分别为光学谐振腔腔长为L₁和L₂时的总损耗，ΔL为光学谐振腔腔长L₁和L₂的差值。

2.根据权利要求1所述的一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法，其特征在于：所述的脉冲激光和连续激光均可由半导体激光器、固体激光器、气体激光器或染料激光器中任意一种产生。

3.根据权利要求1所述的一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法，其特征在于：所述的光学谐振腔为稳定腔或共焦腔，总腔长L满足0<L≤2r。

4.根据权利要求1所述的一种基于腔长改变的光腔衰荡气体消光系数测量方法，其特征在于：所述的触发关断入射激光束可通过以下方式之一实现：

a.采用连续半导体激光器时，当光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，快速关闭半导体激光器激励电流或电压；

b.采用连续半导体或固体激光器或气体激光器或染料激光器时，当光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，在激光器和入射高反射腔镜之间采用快速光开关来关闭激光束；

c.采用方波调制快速光开关，或方波调制激光激励电源时，当光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，利用方波下降沿来关闭激光束。