申请/专利权人：电子科技大学

申请日：2023-05-29

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN116625946B

主分类号：G01N21/01

分类号：G01N21/01;G01N21/25

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2023.09.08#实质审查的生效;2023.08.22#公开

摘要：本发明公开了一种CMOS频梳傅里叶变换旋转波谱探测器，通过结合CMOS频率梳波谱芯片和FP腔体，能够进行并行化的FP腔体谐振模式激励和傅里叶变换波谱检测，可实现波谱检测速度一个数量级的提升；而且，具有多普勒受限检测模式和压强展宽检测模式两种工作模式，能够实现低气体压强＝102Pa的精细谱线识别和高气体压强102～105Pa下的大带宽谱线搜寻，从而拓展了波谱检测动态范围。

主权项：1.一种CMOS频梳傅里叶变换旋转波谱探测器，其特征在于，包括：FP腔体、参考信号源、CMOS频率梳波谱芯片以及波谱分析模块；其中，所述CMOS频率梳波谱芯片包括：频梳信号处理单元、片上天线阵列以及基带信号处理单元；而且，所述频梳信号处理单元用于根据所述参考信号源提供的参考信号，生成频梳信号，并对生成的一路频梳信号加载调制信号而得到探测信号；所述片上天线阵列用于将所述探测信号辐射至所述FP腔体中，并接收所述探测信号与所述FP腔体中的极性气体分子作用后所得到的探测响应信号；所述频梳信号处理单元用于将生成的一路频梳信号与所述探测响应信号解调而得到基带信号；所述基带信号处理单元用于对所述基带信号进行信号放大和傅里叶变换，得到基带处理信号；所述波谱分析模块用于根据所述基带处理信号，得到波谱探测结果；所述频梳信号处理单元用于对所述参考信号源提供的参考信号进行倍频及上混频或下混频，生成所述频梳信号；而且，所述频梳信号表达式为：fO=N*fref±P*fD；其中，N为倍频数，P在零至频梳齿数之间变化，fD为频梳两齿频率间距，fO的最大值与最小值的频率范围决定可测量的频率范围，fref为参考信号；所述FP腔体的上下表面均为由压电驱动器驱动的可调反射面；而且，压电驱动器受控于压电控制模块，以实现对所述FP腔体谐振峰的调谐；所述CMOS频率梳波谱芯片安装在所述FP腔体的下表面；所述FP腔体的上表面与下表面之间的间距为频梳信号提供的激励脉冲半波长的整数倍，以实现频梳信号提供的激励脉冲电场增强；所述FP腔体的品质因子典型值为102~105；在气体工作压强为小于或等于102Pa且旋转谱线线宽低于FP腔谐振峰半高宽时，所述频梳信号处理单元通过片上频率源调整所述频梳信号的频率，所述FP腔体通过所述压电控制模块调整FP腔谐振频率，使得频梳信号和FP腔同时进行频率步进扫描，且频梳两齿频率间距等于FP腔谐振峰的频率间距的整数倍；当频梳信号提供的激励脉冲和FP腔谐振峰与分子谱线重叠时，受激的分子产生相干自发辐射；所述基带信号处理单元被配置为用于提取所述基带信号对应的频率色散曲线，以得到所述基带处理信号；所述波谱分析模块用于根据所述基带信号对应的频率色散曲线，得到波谱探测结果；在气体工作压强为102Pa~105Pa且压强展宽谱线高于FP腔谐振峰半高宽时，所述基带信号处理单元被配置为用于检测所述基带信号在不同频率下的接收功率或用于检测所述基带信号接收功率的时域衰减，以得到所述基带处理信号；所述波谱分析模块用于根据所述基带信号在不同频率下的接收功率或接收功率的时域衰减，确定谱线吸收带来的FP腔谐振峰品质因子的变化，以测量谱线吸收率，进而得到波谱探测结果。

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权利要求：

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