[发明专利]表面微结构硅悬臂梁增强型光热光谱痕量气体探测方法及装置

摘要

一种表面微结构硅悬臂梁增强型光热光谱痕量气体探测方法及装置，包括可调谐激光器、反射物体、表面微结构硅悬臂梁、凹面镜、光纤、光纤耦合器、连续激光器、激光控制器、光电探测器和信号处理系统等。由可调谐激光器发出的调制光经过被检测气体后，被反射物体反射到凹面镜上，凹面镜把接收到的反射光聚焦在悬臂梁的硅表面上，悬臂梁吸收光能量后发生光热偏转而产生谐振，气体浓度越高，被气体吸收的光强越大，则被该悬臂梁吸收的光能量就越小，其谐振幅度就越小。光纤端面与该悬臂梁的金属面构成腔长可调的法珀腔，对悬臂梁的振幅进行解调可得到气体的吸收光谱，进而获得被检测痕量气体的浓度。该装置具有廉价、体积小、结构简单、使用方便、机动性强、探测灵敏度高、具备野外环境工作能力等优点，可以广泛用于多种或多组分痕量气体成分和浓度的远距离探测。

主权项

一种表面微结构硅悬臂梁增强型光热光谱痕量气体探测方法，其特征在于，所述方法是让从可调谐激光器发出的脉冲激光通过被检测气体，脉冲激光被吸收后入射到反射物体上，经过反射物体后反射到凹面镜上，用凹面镜把接收到的光能量聚焦到表面微结构硅悬臂梁上，由表面微结构硅悬臂梁吸收光能量后发生谐振，同时通过基于光纤端面和悬臂梁的金属表面组成的可调谐的光纤法珀解调系统拾取该表面微结构硅悬臂梁的振动信号，即当悬臂梁发生谐振时，法珀腔的腔长发生变化，从而导致反射干涉光强度发生周期性变化，通过对该光信号的强度解调得到悬臂梁的谐振信号，最后采用信号处理系统反演出被探测气体的浓度；所述表面微结构硅悬臂梁（3）为双层结构，上层为表面微结构硅，下层为金属，当脉冲激光照射到悬臂梁硅表面时发生弹性热膨胀，由于两层材料的热膨胀系数不同，表面微结构硅悬臂梁发生周期性光热偏转；所述可调谐激光器（1）的调制频率为表面微结构硅悬臂梁谐振频率的1/2，其中心波长与被检测气体吸收峰一致；所述法珀腔的腔长为连续激光器发出波长的1~10倍。