一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置的制作方法

1.本实用新型涉及光腔衰荡光谱技术领域，尤其在涉及一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置。


背景技术：

2.光腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy，crds)技术，也被称作激光光腔衰荡吸收光谱(cavity ring-down laser absorption spectroscopy，crlas)技术，是一种非常灵敏的光谱学方法，它可用来探测气态样品的绝对的光学消光，包括光的散射和吸收。目前已经被广泛地应用于探测气态样品在特定波长的吸收，并可以在万亿分率的水平上确定样品的摩尔分数。
3.一台典型的光腔衰荡光谱装置包括激光器、谐振腔、谐振单元以及激光检测器等装置，光腔衰荡光谱装置在使用之前，需要进行复杂的安装调试，先将激光光轴与谐振腔的光轴调节至同轴，然后将激光与谐振腔调节至谐振模式。
4.传统的光腔衰荡光路系统中，多采用多片耦合镜与反射镜进行耦合，由激光器发出的激光依次经过多个耦合镜片，然后才进入谐振腔。这种情况下，激光传输的光路路径比较长，提高了激光光轴与谐振腔光轴的同轴调节的难度，并难以形成谐振模式；由于环境振动等原因，还可能会对光路中的任何一个耦合镜片或者其他关联部件造成影响，致使光轴偏移，所以也增加了系统的不稳定性。因此，给安装调试的技术人员增加了很大的工作难度，调试工作耗时很长；另外，由于多个耦合镜片的设置，致使光腔衰荡光谱装置的整体体积庞大，也进一步增加了光腔衰荡光谱装置的安装与调试难度。所以，使用该光腔衰荡光谱装置的企业和普通技术人员，在遇到装置出现故障时，通常难以自行维修调试，必须找厂家的专业技术人员来解决，给使用该光腔衰荡光谱装置的企业造成很多麻烦，也提高了其使用成本。
5.因此设计一种体积相对较小，并且光路稳定的光腔衰荡光谱装置，具有十分重要的意义。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，简化了激光从光纤激光器射入谐振腔的传输光路，使光路更易调节，并减小了装置的体积，还利用可调的架体结构将光路系统中的光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器等部件定位连接，提高安装的便捷性，并解决了光路系统不稳定、不易调节的问题。
7.本实用新型采用的技术方案是：一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，包括光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器和光路调节装置。
8.所述光路调节装置包括设备支架、五维调节架、反射镜调节装置和激光器夹具，所述设备支架、五维调节架和反射镜调节装置分别设置有两个。
9.所述谐振腔包括谐振筒体和两个反射镜，两个所述反射镜相对设置，且两个所述
反射镜分别连接在所述谐振筒体的两端。所述反射镜调节装置用于调节两个反射镜的平行度，两个所述反射镜调节装置分别设置于所述谐振筒体的两端，且均位于对应的反射镜远离所述谐振筒体的一侧。
10.两个所述设备支架用于安装定位所述谐振筒体，两个所述设备支架对称设置，且两个所述设备支架分别支撑于所述谐振筒体的两端。
11.所述五维调节架用于定位安装所述光纤准直器和所述光电探测器，两个所述设备支架上、远离所述谐振筒体的一端均设置有一个所述五维调节架，所述光纤准直器固定安装于其中一个所述五维调节架上，所述光电探测器固定安装于另一个所述五维调节架上。
12.所述激光器夹具位于所述光纤准直器远离所述谐振腔的一侧，所述光纤激光器固定安装于所述激光器夹具上，所述光纤激光器的输出光纤接入所述光纤准直器内。
13.作为对上述技术方案的进一步限定，所述反射镜调节装置包括反射镜架、反射镜垫和精密螺纹调节螺钉。
14.所述反射镜架靠近所述反射镜的一侧端面开设有盲孔式的调节腔，所述谐振筒体的两端分别固定安装有腔体法兰，所述反射镜架开设有调节腔的一端与所述腔体法兰固定连接。所述反射镜架的另一侧端面中部开设有的激光孔，所述激光孔与所述调节腔相互连通。
15.所述精密螺纹调节螺钉设置有多个，多个所述精密螺纹调节螺钉沿所述激光孔的周向均匀布置，各所述精密螺纹调节螺钉均包括螺纹端和旋拧端，且各所述精密螺纹调节螺钉由旋拧端至螺纹端均向靠近所述激光孔的方向倾斜，所述旋拧端均位于所述反射镜架远离所述反射镜的一侧，所述螺纹端均倾斜贯穿所述反射镜架，并伸入于所述调节腔内。
16.所述反射镜垫安装于所述调节腔内，所述反射镜垫的一侧与所述精密螺纹调节螺钉伸入于调节腔内的螺纹端相抵接，所述反射镜垫的另一侧连接至所述反射镜。
17.作为对上述技术方案的进一步限定，所述谐振腔的一端为入光端，另一端为出光端，位于所述谐振腔出光端的所述反射镜架调节腔内还安装有调谐组件，所述调谐组件设置于所述反射镜垫与所述反射镜之间。
18.作为对上述技术方案的进一步限定，所述反射镜架所连接的精密螺纹调节螺钉分别有三个，三个精密螺纹调节螺钉沿所述激光孔的圆周方向阵列分布。
19.作为对上述技术方案的进一步限定，所述反射镜架上、于所述螺纹端贯穿的孔内均固定设置有精密螺纹螺母，所述精密螺纹螺母靠近所述旋拧端的一侧还设置有螺母锁母，所述精密螺纹螺母和所述螺母锁母均与所述螺纹端螺纹连接。
20.作为对上述技术方案的进一步限定，所述光路调节装置还包括两个腔体支架，两个腔体支架位于两个所述设备支架之间，且对称安装于所述谐振筒体的底部。
21.作为对上述技术方案的进一步限定，所述设备支架、所述腔体支架的顶部均开设有与所述谐振筒体的外圆匹配的弧形槽，所述设备支架的上方设置有压紧箍一，且设备支架与所述压紧箍一通过螺栓固定连接，所述腔体支架的上方设置有压紧箍二，且腔体支架与所述压紧箍二通过螺栓固定连接，所述谐振筒体固定卡设于所述设备支架与压紧箍一之间，和所述腔体支架与压紧箍二之间。
22.作为对上述技术方案的进一步限定，所述五维调节架底部均固定连接有五维架底座，所述五维调节架通过所述五维架底座固定安装于所述设备支架上。
23.作为对上述技术方案的进一步限定，所述光纤激光器选用dfb光纤激光器。
24.作为对上述技术方案的进一步限定，所述光纤准直器选用fc光纤准直器。
25.采用上述技术，本实用新型的优点在于：1、将传统光腔衰荡光路系统中通过多个耦合镜片进行激光传输的方式，改进为将光纤激光器直接设置在靠近谐振腔的位置，并通过光纤准直器调节射入谐振腔的激光光路，使激光射入谐振腔的光路更便于调节，解决了通过多个耦合镜片进行光路调节时，容易导致光路系统不稳定，光路不便于调节的问题。同时，减小了光腔衰荡光谱装置的整体体积，解决了传统光腔衰荡光谱装置体积庞大的问题。
26.2、通过设备支架、五维调节架、反射镜调节装置和激光器夹具等这些可调可固定的架体结构将光路系统中的光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器等部件定位连接，并且使光路系统中的光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器等部件均可进行相应的调节，使整个光腔衰荡光路系统中的各个部件更加便于安装，也使各个部件之间的相对位置更加便于找正调节，提高了整个光腔衰荡光路系统调节的便利性，进一步解决了传统光腔衰荡光路系统不便于调节的问题。
27.3、本实用新型中，由设备支架、五维调节架、反射镜调节装置和激光器夹具等所组成的光路调节装置，还可以进一步在一个固定平台上或者一个固定的保温箱体中连接为一个固定的整体，在将光路系统中的光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器等部件安装固定并调节完成后，可作为一个整体的光腔衰荡光谱装置直接使用，并且光路系统稳定，不易出现偏差。所以进一步解决了传统光腔衰荡光谱装置不便于安装、调节的问题，也避免了企业在使用光腔衰荡光谱装置过程中，由于故障维修或者难以调试而给企业带来的麻烦。
附图说明
28.图1为本实用新型的整体结构示意图；
29.图2为图1中a处局部结构的放大图；
30.图3为图1中b处局部结构的放大图；
31.图4为本实用新型的整体结构剖面示意图；
32.图5为图4中d处局部结构的放大图；
33.图6为图4中c处局部结构的放大图；
34.图中：1-光纤激光器；2-光纤准直器；3-谐振腔；301-谐振筒体；302-反射镜；303-腔体法兰；4-光电探测器；5-设备支架；501-压紧箍一；6-五维调节架；7-反射镜调节装置；701-反射镜架；702-反射镜垫；703-精密螺纹调节螺钉；704-精密螺纹螺母；705-螺母锁母；706-调谐组件；8-激光器夹具；9-腔体支架；901-压紧箍二；10-五维架底座。
具体实施方式
35.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
36.如图1-5所示，该用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，包括光纤激光器1、光纤准直器2、谐振腔3、光电探测器4和光路调节装置，其中，谐振腔3包括谐振筒体301和两个反射镜302，两个反射镜302相对设置，且两个反射镜302分别连接在谐振筒体301的两端。其中，光路调节装置包括设备支架5、腔体支架9、五维调节架6和反射镜调节装置7，设备支架
5、腔体支架9、五维调节架6和反射镜调节装置7分别设置有两个。
37.两个反射镜调节装置7分别设置于谐振筒体301的两端，且均位于对应的反射镜302远离谐振筒体301的一侧，反射镜调节装置7用于调节两个反射镜302的平行度。各反射镜调节装置7均包括反射镜架701、反射镜垫702和三个精密螺纹调节螺钉703。
38.如图5所示，反射镜架701靠近反射镜302的一侧端面开设有盲孔式的调节腔，谐振筒体301的两端分别固定安装有腔体法兰303，反射镜架701开设有调节腔的一端与腔体法兰303固定连接。反射镜架701的另一侧端面中部开设有的激光孔，激光孔与调节腔相互连通。
39.三个精密螺纹调节螺钉703沿激光孔的周向均匀布置。各精密螺纹调节螺钉703均包括螺纹端和旋拧端，且各精密螺纹调节螺钉703由旋拧端至螺纹端均向靠近激光孔的方向倾斜，旋拧端均位于反射镜架701远离反射镜302的一侧，螺纹端均倾斜贯穿反射镜架701，并伸入于调节腔内，且反射镜架701上、于螺纹端贯穿的孔内均固定设置有精密螺纹螺母704，精密螺纹螺母704靠近旋拧端的一侧还设置有螺母锁母705，精密螺纹螺母704和螺母锁母705均与螺纹端螺纹连接。在对反射镜302进行调节的过程中，操作旋拧端使螺纹端与精密螺纹螺母704相对转动，抵顶调节腔内的反射镜垫702和反射镜302进行移动，直至反射镜302被调整至合适位置后，通过螺母锁母705将精密螺纹调节螺钉703的位置固定锁死。
40.反射镜垫702安装于调节腔内，反射镜垫702的一侧与精密螺纹调节螺钉703伸入于调节腔内的螺纹端相抵接，反射镜垫702的另一侧连接至反射镜302。
41.谐振腔3的一端为入光端，另一端为出光端，位于谐振腔3出光端的反射镜架701调节腔内还安装有调谐组件706，调谐组件706设置于反射镜垫702与反射镜302之间。安装完成后，相邻的反射镜302、调谐组件706、反射镜垫702和螺纹端均呈相互抵接的状态。
42.本实施例中的调谐组件706为压电陶瓷。
43.如图1-3所示，两个设备支架5对称设置，且两个设备支架5分别支撑于谐振筒体301的两端，用于安装定位谐振筒体301。两个腔体支架9位于两个设备支架5之间，且对称安装于谐振筒体301的底部，用于辅助定位安装谐振筒体301。两个设备支架5上、远离谐振筒体301的一端均设置有一个五维调节架6，用于定位安装光纤准直器2和光电探测器4，光纤准直器2固定安装于其中一个五维调节架6上，光电探测器4固定安装于另一个五维调节架6上。
44.本实施例中，设备支架5、腔体支架9的顶部均开设有与谐振筒体301的外圆匹配的弧形槽，设备支架5的上方设置有压紧箍一501，且设备支架5与压紧箍一501通过螺栓固定连接。腔体支架9的上方设置有压紧箍二901，且腔体支架9与压紧箍二901通过螺栓固定连接。谐振筒体301固定卡设于设备支架5与压紧箍一501之间，和腔体支架9与压紧箍二901之间。
45.本实施例中，五维调节架6底部均固定连接有五维架底座10，五维调节架6通过五维架底座10固定安装于设备支架5上。
46.本实施例中，光纤激光器1选用dfb光纤激光器，dfb光纤激光器具有窄线宽、波长稳定性高等特点，十分适用于气体检测的光谱分析领域。光纤激光器1固定安装于激光器夹具8上，且光纤激光器1和激光器夹具8均位于光纤准直器2远离谐振腔3的一侧，光纤激光器1的输出光纤接入光纤准直器2内。
47.本实施例中，光纤准直器2选用fc光纤准直器。
48.本实施例中，光路调节装置中的设备支架5、五维调节架6、反射镜调节装置7和激光器夹具8等，还可以进一步连接为一个固定的整体，或者均固定安装于一个固定平面上，或者固定于保温箱体内。在将光路系统中的光纤激光器1、光纤准直器2、谐振腔3、光电探测器4等部件安装固定并调节完成后，可作为一个整体的光腔衰荡光谱装置直接使用，并且光路系统稳定，不易出现偏差。进一步解决了传统光腔衰荡光谱装置不便于安装、调节的问题，也避免了企业在使用光腔衰荡光谱装置过程中，由于故障维修或者难以调试而给企业带来的麻烦。
49.工作原理：本实用新型中，将光纤激光器2直接设置在靠近谐振腔3的位置，并通过光纤准直器2调节射入谐振腔3的激光光路，使激光射入谐振腔3的光路更便于调节，解决了传统光腔衰荡光路系统中通过多个耦合镜片进行激光传输的方式，不便于对光路进行调节的问题，也解决了多个耦合镜片进行传输的光路系统不稳定的问题。同时，减小了光腔衰荡光谱装置的整体体积，解决了传统光腔衰荡光谱装置体积庞大的问题。
50.另外，本实用新型中，设备支架5、五维调节架6、反射镜调节装置7和激光器夹具8等这些可调的架体结构将光路系统中的光纤激光器1、光纤准直器2、谐振腔3、光电探测器4等部件定位连接，并且使光路系统中的光纤激光器1、光纤准直器2、谐振腔3、光电探测器4等部件均可进行相应的调节，使整个光腔衰荡光路系统中的各个部件更加便于安装，也使各个部件之间的相对位置更加便于找正调节，提高了整个光腔衰荡光路系统调节的便利性，进一步解决了传统光腔衰荡光路系统不便于调节的问题。
51.以上所述仅为本实用新型较佳实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术构思加以等同替换或改变所得的技术方案，都应涵盖于本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：包括光纤激光器(1)、光纤准直器(2)、谐振腔(3)、光电探测器(4)和光路调节装置；所述光路调节装置包括设备支架(5)、五维调节架(6)、反射镜调节装置(7)和激光器夹具(8)，所述设备支架(5)、五维调节架(6)和反射镜调节装置(7)分别设置有两个；所述谐振腔(3)包括谐振筒体(301)和两个反射镜(302)，两个所述反射镜(302)相对设置，且两个所述反射镜(302)分别连接在所述谐振筒体(301)的两端；所述反射镜调节装置(7)用于调节两个反射镜(302)的平行度，两个所述反射镜调节装置(7)分别设置于所述谐振筒体(301)的两端，且均位于对应的反射镜(302)远离所述谐振筒体(301)的一侧；两个所述设备支架(5)用于安装定位所述谐振筒体(301)，两个所述设备支架(5)对称设置，且两个所述设备支架(5)分别支撑于所述谐振筒体(301)的两端；所述五维调节架(6)用于定位安装所述光纤准直器(2)和所述光电探测器(4)，两个所述设备支架(5)上、远离所述谐振筒体(301)的一端均设置有一个所述五维调节架(6)，所述光纤准直器(2)固定安装于其中一个所述五维调节架(6)上，所述光电探测器(4)固定安装于另一个所述五维调节架(6)上；所述激光器夹具(8)位于所述光纤准直器(2)远离所述谐振腔(3)的一侧，所述光纤激光器(1)固定安装于所述激光器夹具(8)上，所述光纤激光器(1)的输出光纤接入所述光纤准直器(2)内。2.根据权利要求1所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述反射镜调节装置(7)包括反射镜架(701)、反射镜垫(702)和精密螺纹调节螺钉(703)；所述反射镜架(701)靠近所述反射镜(302)的一侧端面开设有盲孔式的调节腔，所述谐振筒体(301)的两端分别固定安装有腔体法兰(303)，所述反射镜架(701)开设有调节腔的一端与所述腔体法兰(303)固定连接；所述反射镜架(701)的另一侧端面中部开设有的激光孔，所述激光孔与所述调节腔相互连通；所述精密螺纹调节螺钉(703)设置有多个，多个所述精密螺纹调节螺钉(703)沿所述激光孔的周向均匀布置；各所述精密螺纹调节螺钉(703)均包括螺纹端和旋拧端，且各所述精密螺纹调节螺钉(703)由旋拧端至螺纹端均向靠近所述激光孔的方向倾斜，所述旋拧端均位于所述反射镜架(701)远离所述反射镜(302)的一侧，所述螺纹端均倾斜贯穿所述反射镜架(701)，并伸入于所述调节腔内；所述反射镜垫(702)安装于所述调节腔内，所述反射镜垫(702)的一侧与所述精密螺纹调节螺钉(703)伸入于调节腔内的螺纹端抵接，所述反射镜垫(702)的另一侧连接至所述反射镜(302)。3.根据权利要求2所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述谐振腔(3)的一端为入光端，另一端为出光端，位于所述谐振腔出光端的所述反射镜架调节腔内还安装有调谐组件(706)，所述调谐组件(706)设置于所述反射镜垫(702)与所述反射镜(302)之间。4.根据权利要求2所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述反射镜架(701)所连接的精密螺纹调节螺钉(703)分别有三个，三个精密螺纹调节螺钉
(703)沿所述激光孔的圆周方向阵列分布。5.根据权利要求4所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述反射镜架(701)上、于所述螺纹端贯穿的孔内均固定设置有精密螺纹螺母(704)，所述精密螺纹螺母(704)靠近所述旋拧端的一侧还设置有螺母锁母(705)，所述精密螺纹螺母(704)和所述螺母锁母(705)均与所述螺纹端螺纹连接。6.根据权利要求1所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述光路调节装置还包括两个腔体支架(9)，两个腔体支架(9)用于辅助定位安装所述谐振筒体(301)，两个腔体支架(9)位于两个所述设备支架(5)之间，且对称安装于所述谐振筒体(301)的底部。7.根据权利要求6所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述设备支架(5)、所述腔体支架(9)的顶部均开设有与所述谐振筒体(301)的外圆匹配的弧形槽，所述设备支架(5)的上方设置有压紧箍一(501)，且设备支架(5)与所述压紧箍一(501)通过螺栓固定连接，所述腔体支架(9)的上方设置有压紧箍二(901)，且腔体支架(9)与所述压紧箍二(901)通过螺栓固定连接，所述谐振筒体(301)固定卡设于所述设备支架(5)与压紧箍一(501)之间，和所述腔体支架(9)与压紧箍二(901)之间。8.根据权利要求1所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述五维调节架(6)底部均固定连接有五维架底座(10)，所述五维调节架(6)通过所述五维架底座(10)固定安装于所述设备支架(5)上。9.根据权利要求1所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述光纤激光器(1)选用dfb光纤激光器。10.根据权利要求1所述的一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，其特征在于：所述光纤准直器(2)选用fc光纤准直器。

技术总结
本实用新型涉及一种用于温室气体检测的光腔衰荡光谱装置，包括光纤激光器、光纤准直器、谐振腔、光电探测器和光路调节装置，谐振腔包括谐振筒体及其两端的反射镜，光路调节装置包括分别设置有两个的设备支架、腔体支架、五维调节架和反射镜调节装置。反射镜调节装置分别设置于谐振筒体的两端，用于调节两个反射镜的平行度。两个设备支架支撑于谐振筒体的两端，两个腔体支架对称安装于谐振筒体底部，两个五维调节架分别设置于谐振筒体两端的设备支架上，且一个用于固定光纤准直器，另一个用于固定光电探测器。本实用新型通过光纤准直器调节射入谐振腔的激光光路，使光路更便于调节，光路系统更加稳定。同时，减小了光腔衰荡光谱装置的整体体积。谱装置的整体体积。谱装置的整体体积。


技术研发人员：武利伟 段二红 罗巍然
受保护的技术使用者：河北子曰机械设备有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/9/16