[发明专利]基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置及方法

权利要求书

1.基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置，包括泵浦激光器、高Q值微腔波导片、TEC制冷片、真空热沉金属腔体、TEC制冷片控制器、滤波器、光隔离器、声光调制器、声光调制器驱动器、透镜、第一高反镜、第二高反镜、气体腔、温压传感装置、光电探头、数据采集处理模块和计算机；其特征在于：

所述泵浦激光器的输出端与高Q值微腔波导片的输入端光纤连接；高Q值微腔波导片与TEC制冷片的制冷面用导热胶连接；TEC制冷片的散热面与真空热沉金属腔体内壁一面用导热胶连接；TEC制冷片与TEC制冷片控制器连接；高Q值微腔波导片与TEC制冷片放置于真空热沉金属腔体的真空腔内部；高Q值微腔波导片的输出端与滤波器的输入端光纤连接；滤波器的输出端与光隔离器的输入端光纤连接；光隔离器的输出端作为温控波长调谐高Q值微腔激光器的输出端口；

所述的高Q值微腔波导片包括波导片基底、导入波导区、导入波导锥形区、耦合波导区、高Q值微腔、导出波导锥形区、导出波导区；泵浦光的传输方向为从导入波导区进入，通过波导锥形区进入耦合波导区，在耦合波导区传输的泵浦光部分耦合进入高Q值微腔，从高Q值微腔生产的信号光部分耦合到耦合波导区，信号光通过导出波导锥形区注入导出波导区，最后从导出波导区输出；

所述光隔离器的输出端与声光调制器的输入端光纤连接；声光调制器与声光调制器驱动器导线连接；声光调制器的输出端带有准直器功能，激光从声光调制器的输出端输出后注入透镜，从透镜输出的激光注入构成高Q值光学谐振腔的第一片高反镜；所述高Q值光学谐振腔和温压传感装置置于气体腔内部，所述的气体腔含有进气口和出气口，待测气体从进气口进入气体腔，从出气口排出；当激光的频率、模式和高Q值光学谐振腔的频率及模式匹配时，一部分激光从高Q值光学谐振腔的第二片高反镜输出，注入光电探头，光电探头的一端与数据采集处理模块连接，温压传感装置与数据采集处理模块连接，数据采集处理模块与声光调制器驱动器连接，数据采集处理模块的另一端与计算机连接，使得计算机获得实时光强信号；

所述的计算机分别与TEC制冷片控制器、声光调制器驱动器、数据采集处理模块连接；计算机控制TEC制冷片控制器，由TEC制冷片控制器驱动TEC制冷片，实现高Q值微腔激光器输出激光的温控波长调谐；计算机通过数据采集处理模块获得光强信息和气体腔温度、压力信息。

2.根据权利要求1所述的基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置，其特征在于：所述的高Q值微腔为高Q值微球腔或高Q值微盘腔。

3.根据权利要求1所述的基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置，其特征在于：所述的高Q值微腔的最高增益谐振波长位于所需要探测的气体的特征吸收光谱谱线λ附近，且通过高Q值微腔波导片的温度控制实现在λ附近调谐。

4.根据权利要求1所述的基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置，其特征在于：所述的滤波器中心波长为所需要探测的气体的特征吸收光谱谱线λ，带宽0.1nm至10nm，用于滤除泵浦光或偏离λ很大的信号光。

5.根据权利要求1所述的基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测装置，其特征在于：所述的第一高反镜、第二高反镜在谱线λ附近的反射率不小于99.99％。

6.基于高Q值微腔激光器的CRDS气体探测方法，采用权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于：

当待测气体进入气体腔后，开启泵浦激光器，温控波长调谐高Q值微腔激光器输出以气体特征吸收光谱谱线λ为中心的激光，根据不同的微腔Q值，输出激光线宽可达几kHz或几十kHz；

当激光输出稳定后，通过TEC制冷片控制器以一定频率调谐高Q值微腔波导片的温度，实现高Q值微腔波谐振波长周期性变化，从而实现高Q值微腔激光器输出激光波长在气体特征吸收谱线λ附近周期性变化；

当高Q值微腔激光器输出激光波长与高Q值光学谐振腔纵模一致时，激光注入到高Q值光学谐振腔，从高Q值光学谐振腔输出端的光电探测器测到光功率达到一定阈值时，声光调制器驱动器驱动声光调制关断激光通路，然后通过数据采集卡获取高Q值光学谐振腔内激光的衰荡时间，根据CRDS气体探测原理，该衰荡时间和气体在光学谐振腔内的吸收率直接相关；

当高Q值微腔激光器输出激光波长扫描气体特征吸收谱线λ附近的整个吸收光谱，就可获得待测气体的整体吸收曲线，通过对比数据库中标准吸收谱线，并考虑气体腔内部温度、压力信息带来的吸收谱线修正，获得待测气体的浓度信息。