Лазерный оптико-акустический спектрометр Советский патент 1993 года по МПК G01N21/37 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при исследованиях спектров поглощения газовых сред, в задачах атмосферной оптики и газоанализа.

Цель изобретения - увеличение спектрального разрешения и точности измерений.

На чертеже показана схема спектрометра.

Спектрометр включает лазер накачки 1, обтюратор 2, перестраиваемый лазер на красителях, резонатор которого образован зеркалами 3,4,5 и содержит струю раствора красителя 6, двулучепреломляющий фильтр - 7, тонкий эталон Фабри-Перо 8, измерительный и контрольный оптико-акустические детекторы (ОАД) 9. 10, а также вакуумную систему 11, систему 12 регистрации и систему 13 управления и контроля спектрально-энергетическими характеристиками лазерного излучения.

Спектрометр работает следующим образом.

Излучение лазера накачки 1 модулируется обтюратором 2 ,и направляется на струю раствора красителя 6, что обеспечивает возбуждение модупированной генерации в резонаторе, образованном зеркалами 3,4,5. С помощью системы 13 и электромеханических приводов элементов 3,4,5.7,8 осуществляется линейно во времени перестройка длины волны излучения лазера на красителях.

В предварительно откачанные камеры измерительного и контрольного ОАД 9,10 с помощью вакуумной системы 11 напускают при определенных параметрах исследуемый газ. затем изменяют параметры газовой среды в камере измерительного ОАД 9. На частоте амплитудной модуляции излучения системой 12 регистрации синхронно детектируют и одновременно регистрируют сигналы с измерительного и контрольного

О

го

00 О 00

ОЛД, каждый из которых пропорционален произведению мощности внутри резонатора на соответствующий коэффициент поглощения и далее анализируют форму обоих контуров поглощения линий в измерительном и контрольном ОАД с учетом их одновременной регистрации и с учетом эффекта раздвоенич линий поглощения из-за двухча- стотного режима генерации.

Выбор в спектрометре расположения струи раствора красителя в соответствии с формулой на заданном для соответствующим образом подобранного эталона Фаб- ри-Перо расстоянии от глухого зеркала 3 обеспечивает двухчастотный режим генерации лазера, при котором две генерирующие моды не конкурируют друг с другом из-за эффекта пространственного выгорания провалов, что обеспечивает стабильный двухчастотный режим генерации с минимальными флуктуациями частоты и интенсивности излучения каждой из генерирующих мод. Использование такого режима генерации в значительной степени устраняет влияние на уширение каждой из генерируемых мод такого процесса, как образование пространственной неоднородности активной среды.

При сканировании частот генерации расстояние между ними сокращается с точностью, определяемой флуктуациями частоты излучения. Высокая стабильность этого расстояния позволяет легко учесть при анализе контуров поглощения их раздвоение, возникающее из-за двухчастотного режима генерации.

В результате совместного использования двух ОАД внутри резонатора лазера и .двухчастотмого режима генерации спектрометр обеспечивает увеличение селективности и точности измерений, а также дает возможность измерять малые сдвиги линий поглощения давлением, температурой и т.п.

Формула изобретения

Лазерный оптико-акустический спектрометр, содержащий оптически связанные

лазер накачки, обтюратор и перестраиваемый лазер на красителях, внутри резонатора которого на его оптической оси расположена струя раствора красителя, двулучепреломляющий фильтр, тонкий эталон Фабри-Перо и измерительный оптико- акустический детектор, соединенный с вакуумной системой и системой регистрации, а также систему управления и контроля спектрально-энергетическими характеристиками лазерного излучения, оптически связанную с выходом лазера на красителях и электрически соединенную с элементами управления лазера, отличающийся тем, что, с целью увеличения спектрального разрешения и точности измерений, внутри резонатора лазера последовательно с измерительным установлен дополнительный оптико-акустический детектор, подсоединенный аналогичным образом к вакуумной системе и системе регистрации, а струя раствора красителя расположена на расстоянии

t «6,25 С/А Via.

где A VST - ширина полосы пропускания тонкого эталона Фабри-Перо;

С - скорость света от глухого зеркала резонатора.

з LЈ

Изобретение может быть использовано при исследованиях спектров поглощения газовых сред. Целью изобретения является увеличение спектрального разрешения и точности измерений. В внутрирезонаторном лазерном оптико-акустическом спектрометре за счет подбора эталона Фабри-Перо и выбора места расположения струи красителя реализован двухчастотный режим генерации при отсутствии конкуренции между модами. В совокупности с установкой внутри резонатора дополнительного оптико-акустического детектора это обеспечило возможность измерять сдвиги линий поглощения давлением, температурой и-т.п. 1 ил.