專利名稱：基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光光譜學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于原子氣體樣品池內(nèi)表面 反射的飽和吸收譜裝置。
背景技術(shù)：
外腔半導(dǎo)體激光器問世以后，其波長大范圍連續(xù)可調(diào)的特性能滿足很多種不同實(shí) 驗(yàn)的要求，因此被廣泛使用。相應(yīng)的，半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)頻技術(shù)也得到極大發(fā)展，比如飽和 吸收譜內(nèi)調(diào)制穩(wěn)頻方法、偏振光譜譜穩(wěn)頻技術(shù)、磁場(chǎng)外調(diào)制穩(wěn)頻技術(shù)、電光調(diào)制穩(wěn)頻技術(shù)以 及PDH穩(wěn)頻技術(shù)等等。其中，飽和吸收譜內(nèi)調(diào)制穩(wěn)頻方技術(shù)是在原子光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的技 術(shù)。而飽和吸收譜是該技術(shù)的根本。飽和吸收譜穩(wěn)頻技術(shù)能將激光鎖定在特定的原子譜線 上，并且能很好地消除普通吸收譜的多普勒展寬。傳統(tǒng)的飽和吸收譜，都是由激光器、厚玻璃塊、2個(gè)高反射鏡、原子樣品池和光電探 頭組成。其中，厚玻璃塊法線與入射光束呈45°夾角，對(duì)入射光束產(chǎn)生5%左右的反射作為 探測(cè)光，其余透過的作為抽運(yùn)光，抽運(yùn)光功率較大，探測(cè)光功率較小。抽運(yùn)光再經(jīng)過2個(gè)高 反射鏡的反射，與探測(cè)光相向傳播重疊地通過樣品池，其中探測(cè)光透過樣品池后射入光電 探測(cè)器。樣品池內(nèi)的原子氣體由于熱運(yùn)動(dòng)，只有在光傳播方向上速度為零的原子能與抽運(yùn) 光和探測(cè)光同時(shí)共振。而抽運(yùn)光強(qiáng)度較大，將這部分原子都抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)，即形成了飽和吸 收，從而探測(cè)光在若干個(gè)共振頻率上不被吸收，經(jīng)過光電探測(cè)器，就可以探測(cè)到一系列消除 了多普勒加寬的洛倫茲線型窄吸收峰，這就是飽和吸收光譜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射 的飽和吸收譜裝置?；谠託怏w樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置是外腔半導(dǎo)體激光器、半波 片、偏振分束器、原子氣體樣品池、光電探測(cè)器和示波器順次連接，外腔半導(dǎo)體激光器的激 光光束經(jīng)過半波片、偏振分束器、原子樣品池，到達(dá)光電探測(cè)器，產(chǎn)生電信號(hào)通過信號(hào)線傳 遞至示波器。所述的外腔半導(dǎo)體激光器為發(fā)射的激光模式為單模線偏振光的波長可調(diào)的激光 器。所述的原子樣品池呈圓柱體型，其前后兩個(gè)內(nèi)表面對(duì)光束有部分反射的特性，其放置位 置為前后表面與入射光束垂直。本實(shí)用新型能夠利用光束在原子氣體樣品池內(nèi)部反射的簡單特性，簡化傳統(tǒng)飽和 吸收譜技術(shù)的光學(xué)硬件裝置，充分利用激光束在原子氣體樣品池內(nèi)的部分反射機(jī)制，實(shí)現(xiàn) 一種更為簡易的單光束的飽和吸收光譜裝置。本實(shí)用新型通過精簡裝置，減少光學(xué)器件的應(yīng)用，來提高飽和吸收譜的長期穩(wěn)定 性。本實(shí)用新型適用于各種氣體原子的吸收光譜技術(shù)領(lǐng)域。

圖1是基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置是外腔半導(dǎo)體 激光器1、半波片2、偏振分束器3、原子氣體樣品池4、光電探測(cè)器5和示波器6順次連接， 外腔半導(dǎo)體激光器1的激光光束經(jīng)過半波片2、偏振分束器3、原子樣品池4，到達(dá)光電探測(cè) 器5，產(chǎn)生電信號(hào)通過信號(hào)線傳遞至示波器。其中，外腔半導(dǎo)體激光器1的作用是發(fā)射波長也即頻率可調(diào)的激光光源，其出射 光束具有恒定的線偏振態(tài)；半波片2的作用是旋轉(zhuǎn)出射光束的偏振方向；偏振分束器3的 作用是使光束中水平偏振的分量透射，豎直偏振的分量90°折射，從而可以調(diào)節(jié)射入樣品 池的光束功率；原子氣體樣品池4的作用是提供一定氣壓和溫度的原子氣，以產(chǎn)生吸收譜， 并且樣品池玻璃表面的反射特性可以使光束在樣品池內(nèi)多次往返；光電探測(cè)器5的作用 是將入射光束的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以便在示波器上查看和在后續(xù)電路中實(shí)現(xiàn)激光器穩(wěn) 頻；示波器6的作用是查看飽和吸收光譜信號(hào)?；谠託怏w樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜方法是原子氣體樣品池的后內(nèi)表 面和前內(nèi)表面對(duì)激光光束先后產(chǎn)生2次部分反射，其中后內(nèi)表面的部分反射稱為第一次反 射，前內(nèi)表面的部分反射稱為第二次反射，使得入射激光光束與第一次反射激光光束在原 子氣體樣品池中發(fā)生重疊，從而產(chǎn)生原子氣體樣品對(duì)激光的飽和吸收，第二次反射激光光 束與直接透過原子樣品池的激光光束一起射入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器探出第二次反射激 光的飽和吸收光譜信號(hào)并在示波器上顯示?；谠託怏w樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置的使用方法的步驟如下1)打開外腔半導(dǎo)體激光器1、并開啟波長掃描；2)在示波器6上觀察光電信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)外腔半導(dǎo)體激光器1的波長直到觀察到 樣品原子的帶多普勒展寬的吸收譜線；3)旋轉(zhuǎn)半波片2的快軸方向，以改變偏振分束器3的分光比，使帶有多普勒加寬的 吸收譜線的信噪比最優(yōu)化；4)觀察示波器6上的吸收譜線，以目標(biāo)吸收峰為中心，逐漸減小外腔半導(dǎo)體激光 器1的波長掃描范圍；同時(shí)微調(diào)原子氣體樣品池4前后端面與光束的垂直性，直到在示波器 6上看到疊加在帶多普勒加寬的吸收峰上面的飽和吸收譜線；5)觀察示波器6上的飽和吸收譜線，繼續(xù)微轉(zhuǎn)半波片2和微調(diào)原子氣體樣品池位 置，使飽和吸收譜線的信噪比最優(yōu)化。本實(shí)用新型的工作原理激光束經(jīng)過原子氣體樣品池時(shí)，在其表面會(huì)發(fā)生部分反 射。在原子氣體樣品池內(nèi)部，首先是后表面反射，使光束的一部分往回傳播，與入射光束相 向重合，然后是前表面反射，又使光束往最初傳播方向傳播，并射出原子氣體樣品池。于是， 第一次反射的光強(qiáng)度較弱，作為傳統(tǒng)飽和吸收的探測(cè)光，而直接出射的光束則作為傳統(tǒng)飽 和吸收的抽運(yùn)光。第二次反射的光是部分探測(cè)光，疊加在直接出射的光上面，進(jìn)入光電探測(cè) 器。因此，光電探測(cè)器得到的信號(hào)是多普勒展寬吸收譜線加上飽和吸收譜線。調(diào)整好原子 氣體樣品池與光束的位置，則其中飽和吸收信號(hào)的信噪比可以滿足多數(shù)對(duì)飽和吸收譜的應(yīng)用，比如半導(dǎo)體激光器的調(diào)制穩(wěn)頻等等。
權(quán)利要求1.一種基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置，其特征在于外腔半導(dǎo)體 激光器(1)、半波片O)、偏振分束器(3)、原子氣體樣品池G)、光電探測(cè)器( 和示波器 (6)順次連接，外腔半導(dǎo)體激光器(1)的激光光束經(jīng)過半波片O)、偏振分束器(3)、原子樣 品池G)，到達(dá)光電探測(cè)器(5)，產(chǎn)生電信號(hào)通過信號(hào)線傳遞至示波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置，其 特征在于所述的外腔半導(dǎo)體激光器(1)為發(fā)射的激光模式為單模線偏振光的波長可調(diào)的 激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置，其 特征在于所述的原子樣品池(4)呈圓柱體型，其前后兩個(gè)內(nèi)表面對(duì)光束有部分反射的特 性，其放置位置為前后表面與入射光束垂直。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于原子氣體樣品池內(nèi)表面反射的飽和吸收譜裝置。原子氣體樣品池的后內(nèi)表面和前內(nèi)表面對(duì)激光光束先后產(chǎn)生2次部分反射，其中后內(nèi)表面的部分反射稱為第一次反射，前內(nèi)表面的部分反射稱為第二次反射，使得入射激光光束與第一次反射激光光束在原子氣體樣品池中發(fā)生重疊，從而產(chǎn)生原子氣體樣品對(duì)激光的飽和吸收，第二次反射激光光束與直接透過原子樣品池的激光光束一起射入光電探測(cè)器，光電探測(cè)器探出第二次反射激光的飽和吸收光譜信號(hào)并在示波器上顯示。本實(shí)用新型明顯簡化了傳統(tǒng)的飽和吸收譜技術(shù)的裝置，并有助于提高譜線的長期穩(wěn)定性。本實(shí)用新型適用于各種氣體原子的吸收光譜技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N21/31GK201867365SQ20102054610
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者章顯, 陸璇輝, 黃凱凱 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)