[发明专利]一体化微型气体吸收池

说明书

本发明公开了一种一体化微型气体吸收池，该吸收池包括顶板、底板以及设于顶板和底板之间的两个反射镜‑微纳透镜一体化元件和两个密封板；所述顶板和底板上开有通气孔；所述两个反射镜‑微纳透镜一体化元件由透明基板、设于透明基板正面的超表面透镜及反射镜和设于透明基板背面的增透膜组成，透明基板正面朝向吸收池内部；两个反射镜‑微纳透镜一体化元件相对设置，且两个超表面透镜彼此错开，超表面透镜外侧分别设有可调激光器和探测器。两个超表面透镜还可设于两个反射镜‑微纳透镜一体化元件中的任意一个元件上。本发明可以有效解决目前的气体吸收池由于各关键光学元件各自分立，因而体积较大、成本较高，且难以实现高精度的对准封装的问题。

技术领域

本发明属于气体检测领域，涉及气体检测及浓度分析装置，具体涉及一种一体化微型气体吸收池。

背景技术

气体种类及浓度的分析在居家、安防、质检、科研等众多领域都有着广泛的应用。由于每种分子对光的特征吸收峰不同，光谱分析成为了一种对气体进行定性和定量分析的有力手段。气体吸收池是利用光谱分析检测气体成分时的常用工具。将待测气体通入气体吸收池中，并将一束激光导入气体吸收池，使之穿过待测气体并与待测气体发生相互作用，之后激光被探测器或光谱仪接收，通过分析接收光的光谱和强度即可确定池中的气体种类和浓度。为了保证检测的精度，光需要与待测气体有足够长的相互作用距离。因此，气体吸收池内需利用一组相对的反射镜使光在吸收池内来回反射以增加气体中的光程，相应的，为了保证多次反射的光能准确地耦合进探测装置中，还需要光学组件对光束进行整形和控制。当前气体吸收池技术主要基于统White怀特池、Herriott赫里奥特池等形式，这些气体吸收池的反射镜、透镜等各型元器件分立，耦合对准难度大，并且体积庞大，气体进出速度也较为受限；此外，这也为目前的气体吸收池带来了成本过高、稳定性差等问题，限制了气体检测技术的大规模部署。因此，气体吸收池技术的最大问题在于如何实现小型化并实现高精度、低成本的封装，以生产稳定、可靠、低成本的气体吸收池，打破应用瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种超小尺寸的光学气体吸收池，可以有效解决目前的气体吸收池由于各关键光学元件各自分立，因而体积较大、成本较高，且难以实现高精度的对准封装的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种一体化微型气体吸收池，包括顶板、底板以及设于顶板和底板之间的两个反射镜-微纳透镜一体化元件和两个密封板；

所述顶板和底板上开有通气孔，用于气体的出入；

所述的两个反射镜-微纳透镜一体化元件均由透明基板、设于透明基板正面的微纳透镜及反射镜和设于透明基板背面的增透膜组成，透明基板正面朝向吸收池内部，背面朝向吸收池外部；所述的微纳透镜为采用超表面技术实现的超表面透镜；两个反射镜-微纳透镜一体化元件相对设置，且两个超表面透镜彼此错开；两个反射镜-微纳透镜一体化元件的超表面透镜外侧分别设有可调激光器和探测器；

气体吸收池装配好之后对各部件的衔接处进行密封。

上述技术方案中，进一步地，反射镜可以采用金属反射镜、多层介质薄膜反射镜、衍射结构反射镜或超表面材料反射镜中的任意一种。

进一步地，所述的超表面透镜设于反射镜-微纳透镜一体化元件的一端。

进一步地，所述的反射镜-微纳透镜一体化元件通过半导体工艺将透镜及反射镜进行一体化制备，实现透镜光轴和反射镜光轴的精确对位。

进一步地，所述的透明基板的材料对所采用的探测激光波长无吸收的硬质材料，包括但不限于石英、蓝宝石、氟化钙、硅、锗或硫系玻璃，透明基板上集成有电互联线，用于为可调激光器和探测器的供电和控制提供电互联。

进一步地，所述的通气孔中填充有悬浮颗粒物及特定气体分子的过滤材料。