一种新型低噪声光声探测器

本实用新型属于光学测试仪器制造技术。

现有技术：本实用新型以传统的光声探测技术和原理为基础。现有的光声探测器一般由光声池、驻极体、探测窗口、外罩、抽气阀、接线柱构成。光声探测器是利用介质吸收以声频调制的光脉冲所引起的压力脉冲转换成电信号输出的光学探测器件。这种光声探测器的主要噪声有：探测器窗口和光声池壁的热噪声、环境噪声（包括杂散光、外界声振动、机械振动、热起伏），外界电磁干挠，驻极体噪声等。目前，光声探测技术的最新发展有下列文献报导：

（1）Yah－Han  Pao，Cptoacoustic  Spectroscopy  and  Detection。（1977）

（2）Lars－Goran  Rosengren，Applied  Optics，14（8），1960－1976，（1975）

（3）Gary  A，West，Joseph  J.Barratt，Donald  Siebert  and  K.Virupaksha.Reddy，Rev.Sci.Instrum，54（7），797－817，（1983）

（4）D.R.Wake  and  N.M.Amer，Appl  Phys  Lett，34，379，（1979）

这些文献对现有的光声探测技术和原理作了详细描述，但对其中最主要的窗口噪声和环境干挠至今没有给出具体消除的有效方法和技术，因此现有的光声探测器窗口噪声比较严重，抗环境噪声能力差，不适用于较恶劣环境中使用，从而限制了现有光声探测器的使用范围。

本实用新型目的：本实用新型的目的就是为了消除光声探测器窗口噪声以及光声池壁噪声，环境噪声（包括杂散光、外界声振动、机械振动、和热起伏噪声），降低驻极体本底噪声，屏敝外界电磁干挠，提高光声探测器信噪比、灵敏度和抗环境噪声干挠能力，扩大光声探测器的使用范围。

本实用新型内容：根据本实用新型提供的光声探测器（附图1、2），它由氯化钠（NaCl）单晶片窗口（1）、不銹钢屏蔽罩（7）、电容驻极体（8）、光声池（9）、真空阀（10）、Q9插座（6）、（11）和窗口保护装置（附图3）组成，总体结构为对环境噪声和电磁干挠全屏蔽型。探测器由内外两层构成，内层为φ10×28毫米“T”型黄铜管光声池（9），光声池用开有直角小孔的真空橡皮圈（5）与屏蔽罩（7）隔开以减小外界机械振动和热噪声，这种直角小孔还有通气和防止声共振作用。光声池内壁必须抛光（至少 10）以减少壁噪声。池上方装一电容驻极体（8），驻极体三根导线，其中的两根焊接到Q9插座（11）上，另一根焊接到Q9插座（6）上，Q9插座（6）、（11）经真空密封（附图4）后，分别用激光焊接到屏蔽罩（7）上，用激光焊接是为了保证屏蔽罩内部元件不受热损伤。Q9插座（11）直接与专用地线连接，起到了对电磁干挠极好的屏蔽作用。探测器外层为一直径φ50毫米不銹钢腔体（7），腔体由两段组成，用激光焊接成一整体，腔体两端面开有圆形窗口，两块氯化钠单晶片（1）用常温真空封接材料粘结在窗口处，这种氯化钠单晶片对中红外波段激光吸收系数极小。腔体侧面用激光焊接真空阀（10）。整个器件为高真空密封体。

（附图3）是窗口保护装置，该保护装置为本实用新型的中心，它包括氯化钠单晶片窗口（1），深孔光栏（2），干燥消声器（3） 气流通道（4）。其中的干燥消声器（3）为一多孔腔体，可以拆卸，它由多孔底板（14），多孔的深孔光栏侧壁（18）和带有螺纹的环形罩（16）组成。腔内壁用丝绸（或其它材料）遮挡以防止腔内物质对窗口污染，腔内充填细小颗粒状干燥剂，这种结构具有干燥和消声作用，能防止氯化钠窗口潮解，屏蔽外界声振动噪声。深孔光栏（2）是用来屏敝外界杂散光干挠和电磁波干挠的，它由φ6×20毫米的圆柱形深孔（19）构成，用沉头螺钉（13）与干燥消声器（3）连接，它能屏蔽从0到微波段的电磁干挠。通气小孔（4）与深孔（19）、窗前空腔（20）连通，保护气体通过小孔（4）缓慢流过（20）、（19），这种气流保护机构不仅能防止氯化钠窗口潮解，而且可以不断带走光通道和窗口附近余热，消除窗口附近热起伏噪声，该保护气流还保证了干燥消声器中的干燥剂，使干燥剂使用寿命延长，这种气流防潮和冷却技术适用于多种光路系统。

本实用新型提供的光声探测器，可用于激光光谱学、化学反应动力学、同位素光谱分析、环境污染测量、空间通讯等领域。

用本实用新型提供的光声探测器进行了无多普勒光谱实验（附图8）和噪声测量，探测器内充40毫乇六氟化硫（SF6）时，本底噪声40微伏（附图5，图中200微伏／格），入射激光（二氧化碳P16支线）功率32毫瓦时，输出电压1毫伏（附图6，图中500微伏／格），此时信噪比25，灵敏度31.25微伏／毫瓦，入射激光（二氧化碳P16支线）功率246毫瓦时，锁相放大器输出电压250毫伏（附图7，图中100毫伏／格，放大40分贝），此时信噪比62.5，灵敏度10微伏／毫瓦。（附图8）是探测器内充60毫乇六氟化硫气体时，二氧化碳激光P16支线的无多普勒光声光谱图。

本实用新型提供的光声探测器与现有传统的光声探测技术相比具有噪声低、灵敏度高、对杂散光、外界声振动、机械振动、电磁干挠有极好屏蔽作用的优点，能在较恶劣环境中使用。

制作本实用新型提供的光声探测器，要特别注意对所有元件预先作清洁处理，保持高清洁度，装配要在干燥室内进行，保证探测器具有高真空度是制作成功的关键。

附图说明如下：

附图1：根据本实用新型提供的光声探测器总体结构纵向剖面图

附图2：根据本实用新型提供的光声探测器总体结构横向剖面图

附图3：氯化钠单晶片窗口保护装置剖面图

附图4：Q9插座剖面图，图中（22）为真空密封材料

附图5：本实用新型提供的光声探测器本底噪声图

附图6：入射激光功率32毫瓦时调幅光声输出信号

附图7：入射激光功率246毫瓦时调频光声输出信号

附图8：用本实用新型提供的光声探测器获得的高分辨光谱图