[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

说明书

本发明公开一种飞秒激光气体吸收光谱监测装置、系统及方法包括：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；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，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；分光镜，用于将第一路脉冲和第二路脉冲合束；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；回射器，用于反射所述出射脉冲光至发射接收模块；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。本发明能够高精度、快速和非接触式监测有害气体的种类及分布。

技术领域

本发明涉及分析检测领域。更具体地，涉及一种飞秒激光气体吸收光谱监测装置、系统及方法。

背景技术

目前关于大气污染监测的问题受到社会各界高度重视，传统的气体传感器可检测气体种类单一，需要固定在特定位置进行采样，缺乏机动性。而红外光谱测量则是当前高精度气体成分定性定量分析的主要方法，然而现有的气体吸收光谱测量技术面临着诸多挑战，例如缺乏机动性，无法满足在长距离、大范围空间内实现超高速、高光谱分辨率测量的严格要求，难以实现对特定区域内气体污染物动态空间分布的实时监测。针对无组织排放气体污染源监管、有毒有害气体实时监测及溯源等问题，研究飞秒激光气体红外吸收光谱监测技术具有重要意义。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种飞秒激光气体吸收光谱监测装置、方法。现场实时高精度有害气体浓度监测技术，特别涉及远距离、高精度定性、定量的快速、非接触式测试，从而同时监测特定区域内有害气体的种类及分布。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

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。

优选地，所述第一路脉冲和第二路脉冲分别为中红外脉冲。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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；