[发明专利]一种双电光频率梳式中红外光谱仪

说明书

本发明提出的一种双电光频率梳式中红外光谱仪，包括近红外连续波激光器、光纤放大器、光纤耦合器、周期性极化非线性晶体、电光频率梳生成器和滤光片各两个，以及声光移频器、光电探测器和数据采集单元；两近红外连续波激光器分别通过光纤放大器与第一光纤耦合器和声光移频器连接；第一光纤耦合器和声光移频器的各输出端分别接入两周期性极化非线性晶体，得到不等频的两路中红外激光，两周期性极化非线性晶体分别依次通过电光频率梳生成器和滤光片接入第二光纤耦合器，输出的光谱信号被光电探测器转换为电信号后由数据采集单元采集。本发明可获得被测物质中红外频段的光谱信息，且具有分辨率高、体积小、稳定性好、测量速度快的优势。

技术领域

本发明属于光谱仪技术领域，尤其涉及一种双电光频率梳式中红外光谱仪。

背景技术

物质吸收光子从低能级跃迁到高能级将产生吸收光谱，不同结构的原子、分子的吸收光谱不同。研究吸收光谱可以了解原子、分子和其他许多物质的结构和运动形态，以及他们同电磁场和粒子相互作用的情况。光谱检测技术即是一种通过吸收光谱进行物质检测的技术，可以实现物质的无损检测，尤其是在宇宙物质探测，金属冶炼过程物质探测等领域，光谱技术具有其他物质探测技术不可替代的优势。

传统的用于对物质的吸收光谱进行探测的光谱仪包括基于棱镜、光栅等色散元件的色散型光谱仪和基于迈克尔逊干涉仪结构的傅里叶变换光谱仪，同时这两种也是目前商品化最成熟的两类光谱仪。色散型光谱仪受光学元件分光能力的限制，分辨率往往较低。傅里叶变换光谱仪原理上可以达到极高的分辨率，但分辨率和迈克尔逊干涉仪动臂的移动距离成正比，阻碍了光谱仪的小型化，且动臂的存在增加了光谱仪的不稳定性。

随着光频梳技术的不断成熟，光频梳技术逐渐被应用于光谱测量领域。在多种基于光频梳的光谱仪中，双光频梳光谱仪得到了最为广泛的应用。双光频梳光谱仪由两个重频略有差别的光频梳组合。当双光频梳输出频梳信号中的一个或两个通过待测物质后，这两个频梳信号通过拍频形成一个射频梳信号。该射频梳信号的轮廓包含待测物质的光谱信息，并易于被光电探测器所探测。双光频梳光谱仪不包含任何运动组件，可实现高分辨率、高稳定性的光谱探测。

目前双光频梳光谱仪主要基于以下方式产生光频梳：基于锁模激光器的飞秒光学频率梳，基于三阶非线性的克尔光学频率梳以及基于二阶非线性的电光频率梳。其中，相较于前两种光频梳，电光频率梳最大的优势在于重频调节方便，电光频率梳的这一优势可实现对双光频梳光谱仪的精度和量程的快速调谐。因此，基于片上电光频率梳的双光频梳光谱仪逐渐得到了越来越多研究者的关注，但受激光源以及非线性材料的限制，目前基于片上双电光频率梳光谱仪的研究大多集中在近红外波段，无法探测大量吸收峰位于中红外的物质。

综上，亟需开发一种中红外双电光频率梳式光谱仪，以拓宽物质吸收光谱的测量范围。

发明内容

本发明是为了解决上述存在的问题而进行的，提出一种双电光频梳式中红外光谱仪，本发明具有分辨率高，体积小、稳定性好、测量速度快、光谱分辨率和光谱测量范围可调以及可以工作在中红外频段等优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种双电光频率梳式中红外光谱仪，其特征在于，包括近红外连续波激光器、光纤放大器、光纤耦合器、周期性极化非线性晶体、电光频率梳生成器和滤光片各两个，以及声光移频器、光电探测器和数据采集单元；各器件之间的连接关系如下：