[发明专利]一种危险气体高灵敏度太赫兹谱检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种危险气体高灵敏度太赫兹谱检测装置及方法。该装置主要由充有危险气体的人工表面等离子体波导和透射式太赫兹时域谱装置构成。甲烷、乙烷以及苯类挥发物等危险气体在太赫兹波段具有独特的指纹吸收谱，该装置利用人工表面等离子体波导对太赫兹波的局域增强作用，有效提高危险气体太赫兹吸收谱的检测灵敏度，同时具有检测时间短、可在室温下工作等特点，可广泛应用于危化品生产、应用、输送、装卸和储藏保管过程对特定危险气体的监测及预警。

主权项

1.一种危险气体高灵敏度太赫兹谱检测装置，其特征在于包括飞秒激光器(1)、斩波器(2)、分束器(3)、光电导天线(4)、第一抛面镜(5)、第一聚四氟乙烯透镜(6)、用于装待测危险气体的太赫兹人工表面等离子体波导结构(7)、第二聚四氟乙烯透镜(8)、第二抛面镜(9)、延时线(10)、第一反射镜(11)、第二反射镜(12)、薄膜分束镜(13)、ZnTe晶体(14)、四分之一波片(15)、沃拉斯顿棱镜(16)、光电平衡探测器(17)、锁相放大器(18)和计算机(19)；所述的太赫兹人工表面等离子体波导结构(7)从下向上依次包括聚乙烯衬底(23)、金属材质太赫兹人工表面等离子体波导壁和聚乙烯盖板(20)，所述的金属材质太赫兹人工表面等离子体波导壁包括第一太赫兹人工表面等离子体波导壁(22)和第二太赫兹人工表面等离子体波导壁(28)，第一太赫兹人工表面等离子体波导壁(22)和第二太赫兹人工表面等离子体波导壁(28)并列排布且留有空隙形成长方体空腔(25)，第一太赫兹人工表面等离子体波导壁(22)和第二太赫兹人工表面等离子体波导壁(28)相对的一侧分别均匀开设有“凸”字型开槽空腔(26)，且第一太赫兹人工表面等离子体波导壁(22)上的“凸”字型开槽空腔(26)顶部面对第二太赫兹人工表面等离子体波导壁(28)上的“凸”字型开槽空腔(26)顶部；“凸”字型开槽空腔(26)和长方体空腔(25)连通，用于存放待测危险气体；所述聚乙烯盖板(20)上设置有圆柱形通孔(24)；所述长方体空腔(25)两端依次设置有第一硅透镜(21)和第二硅透镜(27)；飞秒激光器(1)产生的激光光路上顺次设有斩波器(2)和分束器(3)，分束器(3)将飞秒激光器(1)产生的激光分为较强的泵浦光和较弱的探测光；泵浦光光路上设有光电导天线(4)，泵浦光经光电导天线(4)激发太赫兹脉冲，太赫兹脉冲顺次通过第一抛面镜(5)准直和第一聚四氟乙烯透镜(6)聚焦后，经第一硅透镜(21)耦合入射到装有待测危险气体的太赫兹人工表面等离子体波导结构(7)内，再经第二硅透镜(27)耦合出射，出射的太赫兹脉冲顺次经过第二聚四氟乙烯透镜(8)准直、第二抛面镜(9)聚焦后，透过薄膜分束镜(13)到达ZnTe晶体(14)；探测光光路上顺次设有延时线(10)、第一反射镜(11)、第二反射镜(12)和薄膜分束镜(13)；太赫兹脉冲到达ZnTe晶体(14)后，与被薄膜分束镜(13)反射的探测光汇合，再顺次透过ZnTe晶体(14)、四分之一波片(15)、沃拉斯顿棱镜(16)后被光电平衡探测器(17)探测；光电平衡探测器(17)锁相放大器(18)和计算机(19)顺次连接。