许棕,曹亚南,张荣荣,刘成静

(1深圳大学新能源研究中心,广东 深圳 518000;2深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室, 广东 深圳 518000;3安徽理工大学深部煤矿开采响应与灾害防治国家重点实验室,安徽 淮南 232001;4安徽理工大学机械工程学院,安徽 淮南 232001)

0 引言

基于激光吸收光谱技术的光学气体传感器,因其实时在线测量、高灵敏度、高选择性和非入侵式等优点,被广泛应用于大气、环境和工业等领域[1-6]。光学气体传感器的重要性源于其检测痕量气体(如CH4、CO2、HCHO、N2O、NH3等)的能力,为了提高其探测灵敏度,通过光学多通吸收池增加光和样品相互作用程长。White和Herriot早期发展的球面镜光学多通池,由于结构简单和操作方便,已被广泛应用于痕量气体监测领域[7]。近年来,为了获得长光程的小型化光学多通池,许多研究小组开展了不同类型光学多通池研究。Dong等[8-10]发展了一种小型化的光学多通池,能提供54.6 m的光程,体积仅600 cm3;Cui等[11]为了获取更长光程的小型化光学多通池,提出了非傍轴近似条件下的光学多通池仿真计算方法;Kong等[12]利用光线方程,提出了长光程光学多通池设计方法,激光在光学多通池内部实现183次光反射得到20.4 m有效光程,体积仅为332 mL;Liu等[7]利用非傍轴光线实现凹面镜反射面上7个圆圈的光斑分布,提高凹面镜反射面利用率,在光斑不重合的情况下实现了高达215次的光反射,从而用12 cm物理基长实现了26 m的有效光程。文献调研发现许多研究小组利用像散镜片取代球面镜设计像散型光学多通池[13,14],以此提高镜面利用效率,获取更长的光程。……