一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲發(fā)生器與應用技術領域，具體涉及一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置。
【背景技術】
[0002]太赫茲(terahertz，通常簡稱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、時空相干性高等特點，使其在無線電天文、生物、遙感、通信等領域有著很廣泛的應用前景。
[0003]早期由于缺乏有效的太赫茲輻射的產(chǎn)生和檢測手段，使得這一波段的電磁波未能得到充分的研究和應用。近些年來，對于太赫茲波段的研究越來越深入，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的高溫超導固態(tài)太赫茲源，根據(jù)交流約瑟夫森效應，I mV的直流電壓可以產(chǎn)生頻率高達484GHz的振蕩，通過調節(jié)結兩端的直流電壓就可以連續(xù)調節(jié)超流振蕩的頻率，它具有易用、連續(xù)波、可調諧、單色性好、功率高等優(yōu)點。(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、遠紅外激光器、非線性混頻技術、遠紅外光柵光譜和傅里葉變換紅外光譜等技術。任何一種氣體都有其固定的轉動頻率，氣體的轉動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。而很多氣體的轉動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試系統(tǒng)是檢測氣體的關鍵。但傳統(tǒng)的太赫茲氣體檢測裝置系統(tǒng)比較復雜，不僅需要昂貴的太赫茲激光器，還需要復雜的光路，不利于促進太赫茲技術在氣體分子檢測中的應用和推廣。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，克服傳統(tǒng)太赫茲氣體檢測系統(tǒng)復雜、成本高、分辨率不高等缺點，簡便實用。
[0006]技術方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明，本發(fā)明的技術方案為:
一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，包括連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測器;在所述的氣體腔兩側各設有一個離軸拋物面鏡，在其中的一個離軸拋物面鏡的側邊設GolayCell檢測器，在另一個離軸拋物面鏡的側邊設連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器，在離軸拋物面鏡與連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器之間設斬波器;太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器調制，被調制信號經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射，匯聚波束穿過氣體腔，再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲檢測上。
[0007]在所述的氣體腔上設有氣體腔進氣口和氣體腔出氣口。
[0008]所述的連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器，由高溫超導BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機構成。
[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)可調太赫茲發(fā)生器，太赫茲輻射源有功率大、頻率連續(xù)可調、單一性好等優(yōu)點，非常適合用于太赫茲氣體檢測。該BSCCO太赫茲輻射源放置在Stirling制冷機里，太赫茲輻射波通過Stirling窗口輻射出來，經(jīng)過一個拋物面鏡匯聚，再通過氣體腔室，經(jīng)過另一個拋物面鏡匯聚到Golay Cell檢測器上，這樣通過對比高溫超導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)有技術相比，本發(fā)明的主要的優(yōu)點有:I)利用高溫超導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)簡單。2)利用斯特靈制冷機給高溫超導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)只需要兩個小型的拋物面鏡，拋開了傳統(tǒng)的復雜的光路，大大的簡化了系統(tǒng)的復雜度，更易于推廣。4)利用Golaycell太赫茲常溫檢測器，可以很好的滿足檢測要求，相比低溫檢測系統(tǒng)，節(jié)約成本。5)氣體腔室，采用特氟龍材質窗口，密封性好，太赫茲損耗低。6)實驗證明成功檢測到了 NH3的太赫茲吸收光譜，本發(fā)明確實可以簡單方便的而檢測氣體的太赫茲吸收光譜，有著廣闊的應用前景和研究價值。
【附圖說明】
[0012]圖1是氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0014]如圖1所示，氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，主要結構包括連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器1、斬波器2、一對離軸拋物面鏡3、真空計4、氣體腔5、氣體腔進氣口 6、氣體腔出氣口 7和Go IayCe 11檢測器8。
[0015]連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器I，主要由高溫超導BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機構成，用于產(chǎn)生連續(xù)可調的太赫茲信號；斬波器2，用于對從Stirling窗口中輻射出的太赫茲信號進行調制；離軸拋物面鏡3，用于匯聚已調制的太赫茲波束;真空計4，用于檢測氣體腔室內部氣體壓強;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;氣體腔進氣口 6，用于通氣體進入氣體腔；出氣口7，用于放氣，與氣體栗結合，起到控制氣體腔內氨氣壓強的作用;Golay Cell檢測器8，用于檢測太赫茲波信號。
[0016]工作時，太赫茲發(fā)生器I產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器2調制，被調制信號經(jīng)離軸拋物面鏡3匯聚反射，匯聚波束穿過氣體腔5，再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡3匯聚到太赫茲檢測8上。首先把氣體腔抽到真空的狀態(tài)，通過改變高溫超導BSCCO太赫茲源的偏置電壓來調節(jié)其輻射頻率，通過Golay Cell檢測器讀取其輻射功率頻譜作為數(shù)據(jù)背景;其次打開進氣口閥門6，使待測氣體充滿氣體腔，并達到飽和蒸汽壓，再打開出氣口閥門7，通過氣體栗的抽氣來控制壓強，等達到一定氣體壓強時，再次測量通過含有氣體時的太赫茲功率譜。通過比較兩次測量的曲線就可得到氣體太赫茲轉動吸收光譜。
[0017]通過實驗驗證，在低于100Pa可以觀測到氨氣的太赫茲吸收光譜，本裝置所測到氨氣的轉動吸收頻率為572.5 GHz,與現(xiàn)有文章報道中的太赫茲吸收光譜相吻合。
[0018]該裝置也適合測量轉動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。
【主權項】
1.一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，其特征在于:包括連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器(I)、斬波器(2)、離軸拋物面鏡(3)、氣體腔(5)和GolayCell檢測器(8);在所述的氣體腔(5)兩側各設有一個離軸拋物面鏡(3)，在其中的一個離軸拋物面鏡(3)的側邊設GolayCell檢測器(8)，在另一個離軸拋物面鏡(3)的側邊設連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器(1)，在離軸拋物面鏡(3)與連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器(I)之間設斬波器(2);太赫茲發(fā)生器(I)產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器(2)調制，被調制信號經(jīng)離軸拋物面鏡(3)匯聚反射，匯聚波束穿過氣體腔(5)，再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡(3)匯聚到太赫茲檢測(8)上。2.根據(jù)權利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設有氣體腔進氣口(6)和氣體腔出氣口(7)。3.根據(jù)權利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，其特征在于:在所述的氣體腔(5)上設有電阻規(guī)真空計(4)。4.根據(jù)權利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，其特征在于:所述的連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器(I)，由高溫超導BSCCO太赫茲輻射源和用于提供低溫環(huán)境的Stirling制冷機構成。5.根據(jù)權利要求1所述的氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，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)明公開了一種氣體太赫茲吸收光譜的檢測裝置，包括連續(xù)可調太赫茲發(fā)生器、斬波器、離軸拋物面鏡、氣體腔和GolayCell檢測器；太赫茲發(fā)生器產(chǎn)生的太赫茲波束經(jīng)過斬波器調制，被調制信號經(jīng)離軸拋物面鏡匯聚反射，匯聚波束穿過氣體腔，再經(jīng)另外一個離軸拋物面鏡匯聚到太赫茲檢測上。本發(fā)明頻率分辨率高，成本低，系統(tǒng)簡單，易攜帶，大大的簡化現(xiàn)有系統(tǒng)的復雜度，更易于推廣。節(jié)約成本，太赫茲損耗低，可簡單方便的檢測氣體的太赫茲吸收光譜，有著廣闊的應用前景和研究價值。
【IPC分類】G01N21/3504, G01N21/3581
【公開號】CN105675531
【申請?zhí)枴緾N201610164889
【發(fā)明人】王華兵, 孫漢聰, 李軍, 吳培亨
【申請人】南京大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月22日