[发明专利]一种痕量气体的探测方法及探测装置

说明书

本申请提供了一种痕量气体的探测方法及探测系统，其中，所述痕量气体的探测方法将待测气体充填于谐振腔中，利用谐振腔一方面增强入射到谐振腔中的探测光线的激光功率，提升待测痕量气体分子跃迁的饱和参数；另一方面增强待测痕量气体的有效吸收程，从而提高对待测痕量气体的微弱吸收的检测灵敏度，获得待测痕量气体的分子饱和吸收光谱，以实现在常温条件下，利用常规的激光器提供的探测光线即可实现对痕量气体的浓度进行探测的目的。并且利用所述痕量气体的探测方法获得的待测痕量气体的分子饱和吸收光谱和待测气体中的背景气体分子的吸收光谱有效分开，从而消除背景气体的干扰，实现对待测痕量气体的探测。

技术领域

本申请涉及光学探测技术领域，更具体地说，涉及一种痕量气体的探测方法及探测装置。

背景技术

分子吸收光谱(Molecular Absorption Spectrometry)技术是一种测量被测目标气体分子浓度的技术，具体为：对待测气体中某一目标气体分子组分的吸收线进行测量，获取目标气体分子的吸收率，利用吸收率和被测目标气体分子浓度的对应关系，获得被测目标气体在待测气体中的浓度。

目前常用的分子吸收光谱技术是测量目标气体分子(同位素)某条吸收谱线的吸收率，它满足Beer-Lambert关系式。数据库HITRAN公开了数十种主要大气分子及其同位素的吸收线参数。测量时，为了避免受到激光功率漂移、光学介质透射率起伏等效应的影响，通常需要扫描波长，通过记录一定波段范围的激光光谱，得到目标气体分子一条孤立谱线的完整包络，通过积分的方式消除线型函数的影响，从而得到目标气体的浓度。

然而，在常温或者高温条件下，即使在低压下，分子近红外跃迁的多普勒展宽(半高全宽)也达到数百MHz水平，由于背景气体中其它分子(或同位素)的存在，如果目标气体分子(同位素)的含量较低或者吸收谱线较弱(即目标气体为痕量气体时)，该谱线很容易被其它背景气体的吸收所覆盖，目标谱线的吸收信号会淹没在背景中无法提取，从而导致测量失效。

因此，现有技术中通常采用测量痕量气体的分子饱和吸收光谱的方式，期望利用分子饱和吸收光谱线宽较窄，不会受到气体背景气体吸收的影响的优势，实现待测气体中痕量气体的浓度测量，但在实际应用中发现，采用常规的连续波激光器无法实现在常温条件下使气体分子跃迁饱和，因此无法在常温条件下实现利用常规连续波激光器测量痕量气体的目的。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种痕量气体的探测方法及探测系统，以实现在常温条件下，利用待测痕量气体或同位素的腔增强无多普勒效应的分子饱和吸收光谱，对待测痕量气体或同位素的浓度探测的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种痕量气体的探测方法，包括：

提供谐振腔，并在所述谐振腔的腔体内部充填待测气体，所述待测气体中包括待测痕量气体；

提供不同频率的探测光线，所述探测光线从所述谐振腔的延伸方向的一端入射到所述谐振腔内部，并从所述谐振腔的延伸方向的另一端出射，以获得携带待测痕量气体信息的探测光线；所述谐振腔的腔体在所述谐振腔的延伸方向上具有伸缩自由度，以使所述谐振腔的纵模频率与入射的探测光线的频率匹配；

根据不同频率的携带待测痕量气体信息的探测光线，获取所述待测痕量气体的分子饱和吸收光谱，并根据所述痕量气体的分子饱和吸收光谱，计算所述待测气体中所述待测痕量气体的浓度。

可选的，包括：激光发生装置、谐振腔、光电探测装置、反馈控制装置和扫描控制装置；其中，

所述谐振腔的腔体内部用于充填待测气体，所述待测气体中包括待测痕量气体；所述谐振腔的腔体在所述谐振腔的延伸方向上具有伸缩自由度；