基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境、氣象觀測裝置，尤其是涉及一種光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置。
【背景技術】
[0002]氣溶膠具有消光效應，會吸收和散射太陽光，導致到達地面的太陽光減少，從而降低大氣溫度，影響全球氣候。氣溶膠會導致大氣能見度降低，直接影響交通運輸安全。同時氣溶膠的吸收系數與黑碳的濃度密切相關，通過氣溶膠的吸收系數可以研宄氣溶膠的成分。因此研宄氣溶膠光學吸收系數檢測裝置具有十分重要的意義。
[0003]目前氣溶膠的吸收系數通常采用黑碳儀進行黑碳濃度測量，進而得到氣溶膠吸收系數。黑碳儀采用透光均勻的石英纖維膜采集大氣氣溶膠樣品，經過一段時間富集后測量黑碳的吸收系數，進而得到氣溶膠中黑碳的濃度，黑碳濃度乘以一定的系數就可以得到大氣氣溶膠的吸收系數。但是黑碳儀測量時間較長，往往需要幾分鐘至幾十分鐘，不能實現實時測量。同時黑碳儀并不是直接測量氣溶膠吸收系數，需要通過換算才能得到氣溶膠吸收系數，存在一定誤差。
[0004]氣溶膠吸收系數可采用光聲光譜技術實現直接、實時測量。光聲光譜技術基于光聲效應，介質吸收光能后溫度升高，不吸收光能后溫度降低。將入射光在聲頻范圍內進行光強或者波長的周期性調制，使得介質溫度發生周期性變化，從而產生聲波，在光聲池內通過探測光聲信號強度就可以求出介質的吸收系數。光聲信號強度與介質的吸收系數、光功率成正比。中國專利申請公布號CN103604752A，申請公布日2014年2月26日，名稱為“基于光聲光譜的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置”的發明專利公開文件，公開的基于光聲光譜技術的氣溶膠吸收系數檢測裝置，包括激光器、電光強度調制器、光聲池、光電探測器、麥克風、前置放大器、鎖相放大器、電腦和信號發生器；激光器發出的光通過電光強度調制器、光聲池后，垂直入射到光電探測器，光電探測器的信號線與裝有數據采集卡的電腦相連；信號發生器的信號線分別與電光強度調制器和鎖相放大器的參考信號端相連；裝在光聲池中的麥克風信號線與前置放大器的輸入端相連，前置放大器的輸出端與鎖相放大器的檢測信號端相連，鎖相放大器的信號輸出端與電腦相連。該技術方案采用電光調制對激光強度進行調制，提高了系統的信噪比。通過檢測光聲信號的幅值，可計算出氣溶膠顆粒在一定波長下的光吸收系數。但是，激光只單次通過光聲池，并沒有充分利用激光功率，光聲信號的幅值低，檢測裝置的測量靈敏度不高，影響檢測精度。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術存在的基于光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置沒有充分利用激光功率，光聲信號的幅值低，影響檢測精度的技術問題，本發明提供一種基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，使得激光在光聲池內多次反射，達到提高了光聲池內的激光功率，進而提高了光聲信號的幅值、提高了檢測裝置的測量靈敏度的目的。
[0006]本發明的技術方案是:一種基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，它包括激光發射器、鎖相放大器、光聲池、第一反射鏡、第二反射鏡、光學隔離器，激光發射器發射的激光經過光學隔離器和光聲池射入第一反射鏡，第一反射鏡反射的激光經過光聲池和光學隔離器射入第二反射鏡，第二反射鏡反射的激光經過光學隔離器和光聲池再次射入第一反射鏡，第一反射鏡再次反射的激光經過光聲池和光學隔離器后隔離輸出，光聲池連接有麥克風，麥克風與鎖相放大器電連接，鎖相放大器分別電連接有信號發生器和計算機。采用光學隔離器實現激光在光聲池內多次反射，在不提高激光輸出功率的情況下，提高光聲池內激光功率，進而提高了光聲信號的幅值、提高了檢測裝置的測量靈敏度。
[0007]作為優選，光學隔離器包括1/4波片、第一偏振片、45°法拉第旋光器、1/2波片、第二偏振片，激光發射器輸出線偏振P光，依次穿過第二偏振片、1/2波片和45°法拉第旋光器成為偏振P光，偏振P光依次穿過第一偏振片和I/4波片成為圓偏光，圓偏光穿過光聲池后由第一反射鏡反射返回再次穿過光聲池，經過1/4波片成為線偏振s光，線偏振s光被第二反射鏡反射返回穿過1/4波片成為圓偏光，圓偏光穿過光聲池后由第一反射鏡反射返回再次穿過光聲池，經過1/4波片由圓偏光變為線偏振P光，線偏振P光穿過第一偏振片、經過45°法拉第旋光器，再穿過1/2波片，變為線偏振s光，線偏振s光射向第二偏振片時被反射輸出。實現一次發射激光，四次通過光聲池。
[0008]作為優選，信號發生器發生與光聲池共振頻率一致的周期信號。
[0009]作為優選，激光發射器受信號發生器調制；激光發射器輸出光強周期調節的激光。
[0010]激光發射器還可以采用包括光強調制器的激光發射器，激光發射器輸出連續激光經光強調制器調制后，輸出光強周期調制的激光。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果是:采用光學隔離器實現激光在光聲池內多次反射，在不提高激光輸出功率的情況下，提高光聲池內激光功率；光聲信號正比于光聲池內激光功率，從而提高了光聲信號的幅值、提高了檢測裝置的測量靈敏度。
【附圖說明】
[0012]附圖1為本發明示意圖；
附圖2為光聲池結構示意圖。
[0013]圖中:1-激光發射器；2_信號發生器；3_鎖相放大器；4_計算機；5_光聲池；8-光學隔離器；51_麥克風；52_右緩沖氣室；53_右窗口片；54_出氣口 ；55_共振腔；56_進氣口 ；57_左窗口片；58_左緩沖氣室；61_第一反射鏡；62_第二反射鏡；71_第一 45°反射鏡；72_第二 45°反射鏡；81-1/4波片；83_45°法拉第旋光器；84_1/2波片；821_第一偏振片；822_第二偏振片。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0015]實施例1: 如圖1和2所示，圖中虛線表示光路，箭頭表示光路方向；細實線表示電連接。一種基于激光多次反射光聲光譜技術的氣溶膠光學吸收系數檢測裝置，它包括激光發射器1、信號發生器2、鎖相放大器3、計算機4、光聲池5、第一反射鏡61、第二反射鏡62、第一 45°反射鏡71 ;第二 45°反射鏡72、光學隔離器8。激光發射器I發射的激光經過光學隔離器8和光聲池5射入第一反射鏡61。第一反射鏡61反射的激光經過光聲池5和光學隔離器8射入第二反射鏡62。第二反射鏡62反射的激光經過光學隔離器8和光聲池5再次射入第一反射鏡61。第一反射鏡61再次反射的激光經過光聲池5和光學隔離器8后隔離輸出。第一反射鏡61和第二反射鏡62均為0°反射鏡。光學隔離器8包括1/4波片81、第一偏振片821、45°法拉第旋光