一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲發(fā)生器與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(terahertz，通常簡(jiǎn)稱THz)波，通常是指頻率在0.1THz至30THz之間的電磁波(M.Tonouchi , Nature Photonics, I (2007) 97)。相比于其他頻段的電磁波，太赫茲波具有光子能量低、時(shí)空相干性高等特點(diǎn)，使其在無(wú)線電天文、生物、遙感、通信等領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]早期由于缺乏有效的太赫茲輻射的產(chǎn)生和檢測(cè)手段，使得這一波段的電磁波未能得到充分的研究和應(yīng)用。近些年來(lái)，對(duì)于太赫茲波段的研究越來(lái)越深入，也形成了多種激發(fā)太赫茲波的方法。其中BSCC0-THz(Bi2Sr2CaCu208)源是一種基于約瑟夫森效應(yīng)的高溫超導(dǎo)固態(tài)太赫茲源，根據(jù)交流約瑟夫森效應(yīng)，I mV的直流電壓可以產(chǎn)生頻率高達(dá)484GHz的振蕩，通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)兩端的直流電壓就可以連續(xù)調(diào)節(jié)超流振蕩的頻率，它具有易用、連續(xù)波、可調(diào)諧、單色性好、功率高等優(yōu)點(diǎn)。(Wang et al., Phys.Rev.Lett.105,057002(2010))0
[0004]在氣體的光譜研究方面，通常有微波光譜、遠(yuǎn)紅外激光器、非線性混頻技術(shù)、遠(yuǎn)紅外光柵光譜和傅里葉變換紅外光譜等技術(shù)。任何一種氣體都有其固定的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜的研究是區(qū)分氣體成分和含量的一種有效的方法。而很多氣體的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收頻率集中在太赫茲頻段，包括一些極性氣體分子比如硫化氫(H2S)、甲醛(H2⑶)、氨氣(NH3)等一些有害氣體。對(duì)于這些在太赫茲波段具有明顯特征吸收光譜的氣體，搭建一套行之有效的測(cè)試系統(tǒng)是檢測(cè)氣體的關(guān)鍵。但傳統(tǒng)的太赫茲氣體檢測(cè)裝置系統(tǒng)比較復(fù)雜，不僅需要昂貴的太赫茲激光器，還需要復(fù)雜的光路，不利于促進(jìn)太赫茲技術(shù)在氣體分子檢測(cè)中的應(yīng)用和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，克服傳統(tǒng)太赫茲氣體檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、分辨率不高等缺點(diǎn)，簡(jiǎn)便實(shí)用。
[0006]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測(cè)器;在所述的氣體腔兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)離軸拋物面鏡，在其中的一個(gè)離軸拋物面鏡的側(cè)邊設(shè)GolayCell檢測(cè)器，在另一個(gè)離軸拋物面鏡的側(cè)邊設(shè)連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，在離軸拋物面鏡與連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器之間設(shè)斬波器;太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過(guò)斬波器調(diào)制，被調(diào)制信號(hào)經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射，匯聚波束穿過(guò)氣體腔，再經(jīng)另外一個(gè)離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲?rùn)z測(cè)上。
[0007]在所述的氣體腔上設(shè)有氣體腔進(jìn)氣口和氣體腔出氣口。
[0008]所述的連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成。
[0009]所述的氣體腔，用于保存定量氣體，氣體腔窗口選用特氟龍材料，接口部分用O圈密封。
[0010]連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器，太赫茲輻射源有功率大、頻率連續(xù)可調(diào)、單一性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于太赫茲氣體檢測(cè)。該BSCCO太赫茲輻射源放置在Stirling制冷機(jī)里，太赫茲輻射波通過(guò)Stirling窗口輻射出來(lái)，經(jīng)過(guò)一個(gè)拋物面鏡匯聚，再通過(guò)氣體腔室，經(jīng)過(guò)另一個(gè)拋物面鏡匯聚到Golay Cell檢測(cè)器上，這樣通過(guò)對(duì)比高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源在通入氣體前后的輻射譜線，可以清楚的看到氣體的太赫茲吸收光譜。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要的優(yōu)點(diǎn)有:I)利用高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源，相比TDS系統(tǒng)，頻率分辨率高，成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。2)利用斯特靈制冷機(jī)給高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源提供低溫環(huán)境，具有小型化的特性，易攜帶，方便系統(tǒng)的搭建。3)只需要兩個(gè)小型的拋物面鏡，拋開(kāi)了傳統(tǒng)的復(fù)雜的光路，大大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜度，更易于推廣。4)利用Golaycell太赫茲常溫檢測(cè)器，可以很好的滿足檢測(cè)要求，相比低溫檢測(cè)系統(tǒng)，節(jié)約成本。5)氣體腔室，采用特氟龍材質(zhì)窗口，密封性好，太赫茲損耗低。6)實(shí)驗(yàn)證明成功檢測(cè)到了 NH3的太赫茲吸收光譜，本發(fā)明確實(shí)可以簡(jiǎn)單方便的而檢測(cè)氣體的太赫茲吸收光譜，有著廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，主要結(jié)構(gòu)包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器1、斬波器2、一對(duì)離軸拋物面鏡3、真空計(jì)4、氣體腔5、氣體腔進(jìn)氣口 6、氣體腔出氣口 7和Go IayCe 11檢測(cè)器8。
[0015]連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器I，主要由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成，用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的太赫茲信號(hào)；斬波器2，用于對(duì)從Stirling窗口中輻射出的太赫茲信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；離軸拋物面鏡3，用于匯聚已調(diào)制的太赫茲波束;真空計(jì)4，用于檢測(cè)氣體腔室內(nèi)部氣體壓強(qiáng);氣體腔5，用于保存定量氣體，氣體腔窗口選用特氟龍材料，接口部分用O圈密封，密封性能良好;氣體腔進(jìn)氣口 6，用于通氣體進(jìn)入氣體腔；出氣口7，用于放氣，與氣體栗結(jié)合，起到控制氣體腔內(nèi)氨氣壓強(qiáng)的作用;Golay Cell檢測(cè)器8，用于檢測(cè)太赫茲波信號(hào)。
[0016]工作時(shí)，太赫茲發(fā)生器I產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過(guò)斬波器2調(diào)制，被調(diào)制信號(hào)經(jīng)離軸拋物面鏡3匯聚反射，匯聚波束穿過(guò)氣體腔5，再經(jīng)另外一個(gè)離軸拋物面鏡3匯聚到太赫茲?rùn)z測(cè)8上。首先把氣體腔抽到真空的狀態(tài)，通過(guò)改變高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源的偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)其輻射頻率，通過(guò)Golay Cell檢測(cè)器讀取其輻射功率頻譜作為數(shù)據(jù)背景;其次打開(kāi)進(jìn)氣口閥門(mén)6，使待測(cè)氣體充滿氣體腔，并達(dá)到飽和蒸汽壓，再打開(kāi)出氣口閥門(mén)7，通過(guò)氣體栗的抽氣來(lái)控制壓強(qiáng)，等達(dá)到一定氣體壓強(qiáng)時(shí)，再次測(cè)量通過(guò)含有氣體時(shí)的太赫茲功率譜。通過(guò)比較兩次測(cè)量的曲線就可得到氣體太赫茲轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜。
[0017]通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在低于100Pa可以觀測(cè)到氨氣的太赫茲吸收光譜，本裝置所測(cè)到氨氣的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收頻率為572.5 GHz,與現(xiàn)有文章報(bào)道中的太赫茲吸收光譜相吻合。
[0018]該裝置也適合測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)吸收頻率集中在太赫茲頻段的氣體，以及一些極性氣體分子比如硫化氫(H2S)、甲醛(H2CO)等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，其特征在于:包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I)、斬波器(2)、離軸拋物面鏡(3)、氣體腔(5)和GolayCell檢測(cè)器(8);在所述的氣體腔(5)兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)離軸拋物面鏡(3)，在其中的一個(gè)離軸拋物面鏡(3)的側(cè)邊設(shè)GolayCell檢測(cè)器(8)，在另一個(gè)離軸拋物面鏡(3)的側(cè)邊設(shè)連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(1)，在離軸拋物面鏡(3)與連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I)之間設(shè)斬波器(2);太赫茲發(fā)生器(I)產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過(guò)斬波器(2)調(diào)制，被調(diào)制信號(hào)經(jīng)離軸拋物面鏡(3)匯聚反射，匯聚波束穿過(guò)氣體腔(5)，再經(jīng)另外一個(gè)離軸拋物面鏡(3)匯聚到太赫茲?rùn)z測(cè)(8)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設(shè)有氣體腔進(jìn)氣口(6)和氣體腔出氣口(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設(shè)有電阻規(guī)真空計(jì)(4)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器(I)，由高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機(jī)構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的氣體腔(5)，用于保存定量氣體，氣體腔窗口選用特氟龍材料，接口部分用O圈密封。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測(cè)裝置，包括連續(xù)可調(diào)太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測(cè)器；太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過(guò)斬波器調(diào)制，被調(diào)制信號(hào)經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射，匯聚波束穿過(guò)氣體腔，再經(jīng)另外一個(gè)離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲?rùn)z測(cè)上。本發(fā)明頻率分辨率高，成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易攜帶，大大的簡(jiǎn)化現(xiàn)有系統(tǒng)的復(fù)雜度，更易于推廣。節(jié)約成本，太赫茲損耗低，可簡(jiǎn)單方便的檢測(cè)氣體的太赫茲吸收光譜，有著廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。
【IPC分類(lèi)】G01N21/3504, G01N21/3581
【公開(kāi)號(hào)】CN105675531
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610164889
【發(fā)明人】王華兵, 孫漢聰, 李軍, 吳培亨
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日