小型飽和吸收光譜裝置的製作方法

2023-07-24 19:46:21 3

專利名稱：小型飽和吸收光譜裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雷射光譜技術領域，具體涉及到一種飽和吸收光譜裝置。
背景技術：
飽和吸收光譜是一種高靈敏、高解析度的雷射光譜，它為研究原子、分子的能級結構，測定原子、分子的未知參量及材料的分析與測試等方面提供了強有力的工具，並且隨著光譜技術及測量精度的不斷提高，顯示出越來越重要的作用，在量子光學、冷原子、光通訊、 雷射頻率穩定等方面有廣泛的應用。飽和吸收光譜需要用到3束雷射，分別為抽運光、探測光和參考光。其中，探測光和抽運光在空間上路徑重合相向傳輸與原子能級相互作用產生一路信號，參考光直接與原子作用後產生另一路信號，兩路信號相減後獲得飽和吸收光譜譜線。飽禾口吸收譜的方法由 K. B. MacAdam, A. Steinbach and C. Wieman 在幹Ij 物 Am. J. Phys. 60 (12)，1992，1092-1111首先提出。雷射器發出的雷射入射到厚波璃片上，前表面反射光作為參考光，後表面反射光作為探測光，透射光為抽運光。抽運光經過2個反射鏡改變傳輸方向，與探測光重合，但傳輸方向相反。各個光電探測器分別把探測光和參考光光強信號轉化為電流信號，經過差分放大器相減後輸出，連接到示波器即可觀察和記錄飽和吸收譜。這種方法所用光學器件都是簡單的器件，容易構建。但是，採用的兩個反射鏡來改變雷射傳輸方向，需要佔用很大的體積，不易實現小型化，無法在一些特殊的場合，如野外、 空間等應用。為了解決飽和吸收譜裝置的小型化問題，專利申請號為200910053423. 9的中國發明專利，公開了一種飽和吸收譜裝置，其採用光楔產生所需的探測光和參考光來獲得飽和吸收光譜。但是，由於參考光是抽運光的一部分反射而來的，不能準確地反應光譜的都卜勒背景譜線，導致最後輸出的飽和吸收光譜不能準確反映原子、分子的內部能級結構。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於克服現有飽和光譜吸收裝置的不足，提供一種能夠準確地輸出飽和吸收光譜譜線的小型飽和吸收光譜裝置。解決上述技術問題所採用的技術方案是在底板上的左側設置有雷射器，雷射器右側雷射出射的第一條水平光軸方向設置有二分之一波片，二分之一波片右側第一條水平光軸方向設置有第一偏振分光稜鏡，第一偏振分光稜鏡的反射方向設置有第二偏振分光稜鏡，第二偏振分光稜鏡的左側第二水平光軸方向設置有第二光電接收器，第一偏振分光稜鏡的右側和第二偏振分光稜鏡右側設置有樣品池，樣品池的右側第一偏振分光稜鏡的出射方向設置有第一光電接收器、第二偏振分光稜鏡的直射光方向設置有四分之一波片，四分之一波片右側第二條水平光軸方向設置有全反鏡，底板的右側設置有輸入端與第一光電接收器和第二光電接收器的輸出端相連的差分放大器，差分放大器的右側設置有輸入端與差分放大器的輸出端相連的示波器。[0008]本實用新型的第一偏振分光稜鏡和第二偏振分光稜鏡的消光比為500 1500 1，第一偏振分光稜鏡和第二偏振分光稜鏡的鏡面上真空蒸鍍有8 12層硒化鋅增透膜。本實用新型的全反鏡的鏡面上真空蒸鍍有4 6層三氧化二鋁反射膜。本實用新型的二分之一波片為零級波片，二分之一波片鏡面上真空蒸鍍有8 12 層硒化鋅增透膜，二分之一波片的中心波長與雷射器發射的雷射波長相同。本實用新型的四分之一波片的鏡面上真空蒸鍍有8 12層硒化鋅增透膜。本實用新型採用偏振分光稜鏡分光的方法，簡化了系統光路，實現了飽和吸收光譜裝置的小型化，並且能準確輸出飽和吸收光譜，可廣泛用於量子光學、冷原子、光通訊、雷射頻率穩定等領域。

圖1是本實用新型實施例1的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和各實施例對本實用新型進一步詳細說明，但本實用新型不限於這些實施例。實施例1在圖1中，本實施例的小型飽和吸收光譜裝置由雷射器1、二分之一波片2、第一偏振分光稜鏡3、樣品池4、第一光電接收器5、差分放大器6、示波器7、全反鏡8、四分之一波片9、第二偏振分光稜鏡10、第二光電接收器11、底板12聯接構成。在底板12的左側用螺紋緊固聯接件固定安裝有雷射器1，本實施例的雷射器1為可調諧雷射器，型號為TLB7013，由Newfocus公司生產，雷射器1發射的雷射波長為780納米。底板12上雷射器1右側雷射出射的第一條水平光軸方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有二分之一波片2，本實施例的二分之一波片2為零級波片，二分之一波片2鏡面上真空蒸鍍有12層硒化鋅增透膜，二分之一波片2的中心波長與雷射器1發射的雷射波長相同。底板12上二分之一波片2右側第一條水平光軸方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有第一偏振分光稜鏡3，本實施例的第一偏振分光稜鏡3的消光比為1000 1，第一偏振分光稜鏡3入射光面和出射光面真空蒸鍍有12層硒化鋅增透膜。底板12上第一偏振分光稜鏡3反射方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有第二偏振分光稜鏡10，第二偏振分光稜鏡10的結構與第一偏振分光稜鏡3相同。底板12上第二偏振分光稜鏡10左側第二條水平光軸方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有第二光電接收器11，第二光電接收器11的鏡面上真空蒸鍍有4層三氧化二鋁反射膜，第二光電接收器11用於接收經第二個偏振分光稜鏡10反射的雷射，第二光電接收器11的光電轉換效率為500mV/mW，第二光電接收器11將所接收的雷射轉換成電信號輸出。底板12上第一偏振分光稜鏡3和第二偏振分光稜鏡10的右側用螺紋緊固聯接件固定安裝有樣品池4，本實施例的樣品池4內充有待分析的樣品銣，樣品池4內的物質還可為銫、鉀、甲烷等。底板12上樣品池4右側第一偏振分光稜鏡3的第一條水平出射光方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有第一光電接收器5，第一光電接收器5的結構與第二光電接收器11的結構相同，雷射器1、二分之一波片2、第一偏振分光稜鏡3、第一光電接收器5的中心線位於第一條水平光軸上，第一光電接收器5用於接收經第一個偏振分光稜鏡3透射的雷射，雷射器1發出的雷射依次穿過二分之一波片2、第一偏振分光稜鏡3、樣品池4， 到第一光電接收器5，第一光電接收器5將所接收的雷射轉換成電信號輸出。底板12上樣品池4的右側第二偏振分光稜鏡10的直射光方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有四分之一波片9，四分之一波片9的鏡面上真空蒸鍍有10層硒化鋅增透膜，底板12上四分之一波片 9的右側第二水平光軸方向用螺紋緊固聯接件固定安裝有全反鏡8，全反鏡8的鏡面上真空蒸鍍有5層三氧化二鋁反射膜。第二光電接收器11、第二偏振分光稜鏡10、四分之一波片 9、全反鏡8的中心線位於第二條水平光軸上。底板12的右側設置有差分放大器6，本實施例的差分放大器6的放大倍數為10， 第一光電接收器5和第二光電接收器11的輸出端通過導線與差分放大器6的輸入端相連， 差分放大器6將第一光電接收器5和第二光電接收器11的輸出的電信號進行放大。差分放大器6的右側設置有示波器7，差分放大器6的輸出端通過導線與示波器7的輸入端相連，差分放大器6輸出電信號到示波器7中，示波器7可顯示出飽和吸收光譜譜線。實施例2本實施例的二分之一波片2的鏡面上真空蒸鍍有8層硒化鋅增透膜，第一偏振分光稜鏡3的消光比為500 1，第一偏振分光稜鏡3入射光面和出射光面真空蒸鍍有8層硒化鋅增透膜，第二偏振分光稜鏡10的消光比為500 1，第二偏振分光稜鏡10入射光面和出射光面真空蒸鍍有8層硒化鋅增透膜，全反鏡8的鏡面上真空蒸鍍有4層三氧化二鋁反射膜，四分之一波片9的鏡面上真空蒸鍍有8層硒化鋅增透膜。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。實施例3本實施例的二分之一波片2的鏡面上蒸鍍有12層硒化鋅增透膜，第一偏振分光稜鏡3的消光比為1500 1，第一偏振分光稜鏡3入射光面和出射光面真空蒸鍍有12層硒化鋅增透膜，第二偏振分光稜鏡10的消光比為1500 1，第二偏振分光稜鏡10入射光面和出射光面真空蒸鍍有12層硒化鋅增透膜，全反鏡8的鏡面上真空蒸鍍有6層三氧化二鋁反射膜，四分之一波片9的鏡面上蒸鍍有12層硒化鋅增透膜。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。本實用新型的工作過程如下雷射器1發出的雷射經過二分之一波片2和第一偏振分光稜鏡3後分成具有不同偏振方向的兩束光，其中一束光通過樣品池4後作為參考光信號被第一光電接收器5接收並轉換為電信號；另一束雷射作為抽運光通過第二個偏振分光稜鏡10後被反射依次通過樣品池4、四分之一波片9、全反鏡8，經全反鏡8反射後的雷射作為探測光再次通過四分之一波片9使偏振狀態發生翻轉，通過樣品池4後透過第二偏振分光稜鏡10射出，由第二個光電接收器11接收並轉換為電信號，第一光電接收器5和第二光電接收器11輸出的信號經導線輸入到差分放大器6進行放大，差分放大器6輸出信號到示波器7，示波器7顯示出飽和吸收光譜譜線。
權利要求1.一種小型飽和吸收光譜裝置，其特徵在於在底板(1 上的左側設置有雷射器(1)， 雷射器(1)右側雷射出射的第一條水平光軸方向設置有二分之一波片O)，二分之一波片 (2)右側第一條水平光軸方向設置有第一偏振分光稜鏡(3)，第一偏振分光稜鏡C3)的反射方向設置有第二偏振分光稜鏡(10)，第二偏振分光稜鏡(10)的左側第二水平光軸方向設置有第二光電接收器(11)，第一偏振分光稜鏡C3)的右側和第二偏振分光稜鏡(10)右側設置有樣品池G)，樣品池(4)的右側第一偏振分光稜鏡C3)的出射方向設置有第一光電接收器(5)、第二偏振分光稜鏡(10)的直射光方向設置有四分之一波片(9)，四分之一波片(9) 右側第二條水平光軸方向設置有全反鏡(8)，底板(1 的右側設置有輸入端與第一光電接收器( 和第二光電接收器(11)的輸出端相連的差分放大器(6)，差分放大器⑴)的右側設置有輸入端與差分放大器(6)的輸出端相連的示波器(7)。
2.按照權利要求1所述的小型飽和吸收光譜裝置，其特徵在於所說的第一偏振分光稜鏡C3)和第二偏振分光稜鏡(10)的消光比為500 1500 1，第一偏振分光稜鏡(3)和第二偏振分光稜鏡(10)的鏡面上真空蒸鍍有8 12層硒化鋅增透膜。
3.按照權利要求1所述的小型飽和吸收光譜裝置，其特徵在於所說的全反鏡(8)的鏡面上真空蒸鍍有4 6層三氧化二鋁反射膜。
4.按照權利要求1所述的小型飽和吸收光譜裝置，其特徵在於所說的二分之一波片 (2)為零級波片，二分之一波片( 鏡面上真空蒸鍍有8 12層硒化鋅增透膜，二分之一波片O)的中心波長與雷射器(1)發射的雷射波長相同。
5.按照權利要求1所述的小型飽和吸收光譜裝置，其特徵在於所說的四分之一波片 (9)的鏡面上真空蒸鍍有8 12層硒化鋅增透膜。
專利摘要一種小型飽和吸收光譜裝置，在底板上的左側設雷射器，雷射器右側雷射出射的第一條水平光軸方向設二分之一波片，二分之一波片右側第一條水平光軸方向設第一偏振分光稜鏡，第一偏振分光稜鏡的反射方向設第二偏振分光稜鏡，第二偏振分光稜鏡的左側第二水平光軸方向設第二光電接收器，第一偏振分光稜鏡和和第二偏振分光稜鏡右側設樣品池，樣品池的右側第一偏振分光稜鏡的出射方向設第一光電接收器、第二偏振分光稜鏡的直射光方向設四分之一波片，四分之一波片右側第二條水平光軸方向設全反鏡，底板的右側設通過導線與第一光電接收器和第二光電接收器的相連的差分放大器，差分放大器的右側設通過導線與差分放大器相連的示波器。
文檔編號G01N21/31GK202002883SQ20102069823
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者劉丹丹, 劉傑, 吳長江, 張輝, 阮軍, 陳江 申請人:中國科學院國家授時中心