基于太赫兹时域光谱系统的矿井环境气体定量分析装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱系统的矿井环境气体定量分析装置及方法。装置包括：飞秒激光器、分束器、光学延迟装置、反射镜、起偏器、聚焦透镜、太赫兹发射器、气体取样池、氧化铟锡导电玻璃、碲化锌电光晶体、高功率放大器、数据采集及处理系统、四分之一波片、渥拉斯顿棱镜、平衡探测器、锁相放大器、计算机。本发明提出的矿井环境气体定量分析方法，首先建立矿井环境气体的定量分析模型，然后通过本发明提出的装置获取待测气体的太赫兹光谱，再应用建立的定量分析模型确定矿井环境气体中各成分的含量。本方法具有结构简单、易操作、分析速度快及精度高等特点，本发明提出的方法还可应用到其他领域的混合物分析中。

主权项

一种基于太赫兹时域光谱系统的矿井环境气体定量分析装置，其特征在于，飞秒激光器(1)发出的飞秒激光被分束器(2)分成两束，其中一束激光经第一反射镜(4)和光学延迟线(3‑1)后被聚焦透镜(7)聚焦到光导天线型太赫兹发射器(8)上产生太赫兹波，产生的太赫兹波透过第一石英玻璃片(9)后被第一抛物面镜(10)准直为平行光束照射到待测气体上，透过待测气体后被第二抛物面镜(11)聚焦，透过第二石英玻璃片(12)和氧化铟锡导电玻璃(13)后被聚焦到碲化锌电光晶体(14)上；另外一束激光经第二反射镜(5)和起偏器(6)后被氧化铟锡导电玻璃(13)反射，并与第一束激光所产生的太赫兹波共线地被耦合到碲化锌电光晶体(14)上；从碲化锌晶体(14)透射出的携带太赫兹波信息的激光经过四分之一波片(16‑1)后被渥拉斯顿棱镜(16‑2)分成偏振方向垂直的两束激光照射到平衡探测器(16‑3)上；平衡探测器(16‑3)的输出信号经锁相放大器(16‑4)后被输入计算机(16‑5)进行信号处理；锁相放大器(16‑4)的输出信号经高功率放大器(15)放大后为光导天线型太赫兹发射器(10)提供偏置电压；计算机(16‑5)通过光学延迟线控制装置(3‑2)控制光学延迟线(3‑1)移动；气体取样池(20)包括第一石英玻璃片(9)，第一抛物面镜(10)，第二抛物面镜(11)，第二石英玻璃片(12)，进气口阀门(17)，压力表(18)，出气口阀门(19)，进气口阀门(17)和出气口阀门(19)共同控制被测气体的进入以及气体池中空气的排出，气体池中的气体压力由压力表(18)读取。