[发明专利]一种飞秒激光气体吸收光谱监测装置、系统及方法

权利要求书

1.一种飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，包括：第一飞秒光频梳、第二飞秒光频梳、第一光谱扩展单元、第二光谱扩展单元、发射接收模块、回射器、分光镜和数据监控单元；

所述第一光谱扩展单元，用于将第一飞秒光频梳产生的飞秒脉冲生成非线性差频的第一路脉冲；

所述第二光谱扩展单元，用于将第二飞秒光频梳产生的飞秒脉冲生成非线性差频的第二路脉冲，所述第一飞秒光频梳和第二飞秒光频梳的重复频率具有固定差值；

所述分光镜，用于将第一路脉冲和第二路脉冲合束；

所述发射接收模块，用于发射合束后出射脉冲光和接收回射器反射的反射脉冲光并对反射脉冲光指向进行伺服控制；

所述回射器，用于反射所述出射脉冲光至发射接收模块；

所述数据监控单元，用于采集回射器反射的反射脉冲光，根据异步光学采样方法获取气体吸收光谱。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，所述第一路脉冲和第二路脉冲分别为中红外脉冲。

3.根据权利要求1所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，

所述第一光谱扩展单元包括：第一二向色镜、第一透镜、第一准直器、第二准直器、第一周期极化铌酸锂晶体、第一掺铒光纤放大器和第一掺镱光纤放大器；

所述第二光谱扩展单元包括：第二二向色镜、第二透镜、第三准直器、第四准直器、第二周期极化铌酸锂晶体、第二掺铒光纤放大器和第二掺镱光纤放大器。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，所述发射接收模块包括：薄膜分束器、四象限探测器、PID反馈控制单元和压控反射镜。

5.根据权利要求3所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，所述第一光谱扩展单元包括：所述第一飞秒光频梳产生的飞秒脉冲，被所述光纤耦合器分为第一路光束和第二路光束，

所述第一路光束通过所述掺铒光纤放大器放大，进入高非线性光纤进行光谱扩展产生超连续光谱，进入掺镱光纤放大器生成1070nm光；

所述第二路通过所述掺铒光纤放大器放大，进入高非线性光纤进行光谱扩展产生超连续光谱，生成1350～1400nm超连续光；

所述生成的1070nm光和生成的1350～1400nm超连续光，经二向色镜及透镜后入射至周期极化铌酸锂晶体产生差频，生成4500nm～4900nm的中红外脉冲。

6.根据权利要求3所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，所述第二光谱扩展单元包括：所述第二飞秒光频梳产生的飞秒脉冲，被所述光纤耦合器分为第一路光束和第二路光束，

所述第一路光束通过所述掺铒光纤放大器放大，进入高非线性光纤进行光谱扩展产生超连续光谱，进入掺镱光纤放大器生成1070nm光；

所述第二路通过所述掺铒光纤放大器放大，进入高非线性光纤进行光谱扩展产生超连续光谱，生成1350～1400nm超连续光；

所述生成的1070nm光和生成的1350～1400nm超连续光，经二向色镜及透镜后入射至周期极化铌酸锂晶体产生差频，生成4500nm～4900nm的中红外脉冲。

7.根据权利要求4所述的飞秒激光气体吸收光谱监测装置，其特征在于，所述对反射脉冲光指向进行伺服控制，包括：

所述反射脉冲光到达薄膜分束器，一部分光束经其透射与准直器进行耦合，另一部分光束经反射被四象限探测器接收并转化为二维定向光电流，通过PID控制模块进行电流-电压转换，得到四象限探测器探测面上光斑的二维坐标信息，并与预先设置位置进行比较，进行负反馈伺服控制实时驱动压控透镜对脉冲光束指向进行调整。