气体室的制作方法

1.本发明涉及一种用于对气体进行光谱式的、尤其是吸收光谱式的分析的气体室，在该气体室中，所述气体暴露于电磁辐射的入射射束中，并且该电磁辐射的从该气体出来的出射射束以形成测量信号，其中，所述气体室具有由对电磁辐射进行散射的材料所形成的主体、用于将入射射束耦入到气体室的耦入装置，和用于将出射射束从气体室耦出的耦出装置。


背景技术：

2.借助对气体的光谱式分析，例如吸收光谱或拉曼光谱，能够确定表征特征，尤其是气体浓度。这在例如工业过程或对环境变化的观测中被广泛应用。
3.吸收光谱是基于对电磁辐射的入射射束穿过气体时所经历的吸收的测量。如果电磁辐射的频率与气体的共振频率一致，则发生电磁辐射的吸收；这可以通过出射射束的强度减弱来检测。合适的辐射源尤其具有在特定频率范围内可调谐的激光。这样吸收就可以作为在相应的气体共振频率中的出射射束的强度降低而被检测到。
4.吸收光谱的基础是比尔朗伯定律。对于以强度i0入射到已知温度的气体上的射束，由所述气体所透射的辐射的强度i由下式得出：
5.i＝i0·
e-α
·z.
6.此式中，z为光学路径长度，即辐射在气体中走过的路径长度。α表示吸收系数，α＝c
·
ε，其中，ε是消光系数，c是气体浓度。因此，在消光系数和光学路径长度已知情况下，就可以确定气体的浓度c。
7.吸收光谱中的一种特殊技术是所谓的使用可调谐的激光二极管的吸收光谱，又称tdlas(可调谐二极管激光吸收光谱)。在此，激光辐射源是激光二极管。以气体的典型吸收线来调谐激光辐射，并使用探测器来测量出射射束强度的降低。tdlas可以测量非常低的气体浓度。
8.从给出的公式可以看出，用于确定气体浓度的吸收光谱法的检测灵敏度取决于光学路径长度。因此，目标就是延长吸收光谱法中的光学路径长度以改善检测灵敏度。
9.延长光学路径长度的一种已知方法具有使用所谓的多通道气体室。通过这些气体室，电磁辐射被引导反复通过被检查的气体。多通道气体室的已知示例具有怀特池和赫里奥特池。在其中，可达到的光学路径长度与气体室体积(定义为主体的外表面所包围在内的体积)成正比，怀特池的光学路径长度lo与气体室体积v之比可以达到lo/v＝7.5
·
102m-2
，而赫里奥特池的该比值可以达到lo/v＝3
·
104m-2
。因此，在几米范围内的光学路径长度延长需要相对较大的气体室体积。然而，具有大气体室体积的气体室在某些应用中是不可行的。气体室的响应时间随着气体室体积的增加而增加，这同样不利于应用。
10.多通道气体室的检测灵敏度还受限于干涉效应，这些干涉效应由多通道气体室的反射或色散表面之间摆列的法布里-珀罗标准具引起，例如镜子、透镜等。为减少干涉效应，气体室中添加其他光学部件。然而，这导致电磁辐射的漫反射，从而引起散斑的形成。
11.为解决这些问题，提出在吸收光谱中使用所谓的乌布利希球(例如，参见j.hodgkinson等，applied optics，vol.48，no.30，2009)。用来引入待测气体的球形中空部形成于主体中。中空部的表面对所使用的辐射具有反射性。空心球体中的光学路径长度可近似于表达式其中，r为空心球体的半径，ρ是空心球体内表面的反射率。由于光学路径长度是空心球体半径的线性函数，因此必须使用具有大半径的空心球体，但这对某些应用来说可能是不利的。乌布利希球的另一问题是气体交换。气体必须被引入中空部，而设置流入和流出装置削弱可实现的光学路径长度。
12.另一种延长光学路径长度的可能性来自所谓的gasmas法(散射介质中的气体吸收光谱)(m.等，optics letters，vol.26，16-18页，2001)。该方法基于使用多孔材料来延长路径长度。待测气体穿透多孔材料。需要选择对气体的吸收波长具有高分散性并具有低吸收的材料。然后入射到材料上的电磁辐射在孔处被多次散射(多重散射)，从而能够实现对应于多孔材料厚度的倍数的光学路径长度。例如l.mei等人的“pathlength determination for gas in scattering media absorption spectroscopy”，sensors2014；14(3):3871-3890公开了使用gasmas法的更多可能性，并包括对宏观均质多孔介质和非均质多孔介质的使用，在所述宏观均质多孔介质和非均质多孔介质中，在无孔的分散性基体材料中形成一个或多个较大的腔。wo 2018/210583 a1公开将多孔陶瓷用于气体室。
13.在过去，gasmas与tdlas已被结合用于多孔材料中的气体吸收光谱分析，从而提高检测灵敏度。然而在这种情况下，检测灵敏度还受制于光学干扰杂波。为解决这个问题，提出所谓的激辐射抖动，但这需要移动光学部件，这在商用气体室中很难实现。wo 2018/210583 a1建议使用照射在具有多孔材料的气体室上的放大的、未聚焦激辐射作为替代方案。这就消除干涉效应。
14.在迄今为止的吸收光谱法中使用多孔材料，得到随所使用的多孔层的厚度而增加的光学路径长度。然而，经透射的辐射的强度随着层厚减小，因此当出射射束的强度下降到检测它所需的最小值时，层厚就无法再增加。这种效应和气体室的大小由此限制可达到的最高为光学路径长度。
15.ep 2 520 924 a1和us 4,709,150 a也公开了气体测量系统。


技术实现要素：

16.鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是进一步开发最初所提的类型的气体室，从而在气体室结构方式紧凑的同时实现高检测灵敏度。
17.该任务根据本发明地通过以下方式解决：在主体中构造有无材料的腔，该腔被对电磁辐射不仅进行漫反射而且进行透射的内表面包围。
18.本发明基于如下认知：与传统的气体室相比，该类型的气体室提供明显更大的光学路径长度与气体室体积之比。在这种情况下，气体室体积被定义为由气体室的主体的外表面所包围的体积。
19.在此，光学路径长度与气体室体积的大比率是由腔内表面对辐射的漫反射以及该辐射透射到对辐射进行散射的多孔材料中产生的。这两种效应的相互作用可以如下理解：
20.能够借助耦入装置耦入到气体室中的电磁辐射射束进入腔中。入射射束可以是会聚的、发散的或柱形的。所述射束照射到腔内表面的一个区域上，并且部分地在该表面上漫反射、部分地透射到多孔材料中。该辐射的漫反射部分照射到腔内表面的其他区域上，在这些区域上再次发生漫反射或透射。
21.该辐射的透射部分进入多孔材料中。如上所述，在多孔材料中发生该辐射的多重散射。优选地，该材料不吸收或几乎不吸收该辐射。透射到该材料中的辐射在多次散射之后返回到腔中。与在表面上所反射的辐射相比，透射的辐射就走过附加的路径长度。如果该辐射再次进入腔中，它就照射到腔内表面的其他区域上。如上所述，在那里，该辐射被部分反射并且部分透射到多孔材料中。这个过程一直重复，直到该辐射被耦出耦装置从气体室耦出。
22.由于内表面上的漫反射和多孔材料中的散射，电磁辐射的出射射束由多个辐射组成，所述辐射在主体及腔内走过不同的路径长度。平均而言，出射射束走过路径长度l z，其中，l是腔内的平均路径长度部分，z是多孔材料中平均路径长度部分。在这种情况下，多孔材料中的平均路径长度z比腔中的平均路径长度l大很多。
23.因此，上述气体室非常适合用于吸收光谱法。为此，气体室与要测的气体接触。多孔材料对要测的气体是可穿透的。气体侵入多孔材料并进入腔中。如果随后将入射射束耦入到气体室中，则出射射束穿过测量气体平均走过路径长度l z。由于z远大于l，大部分吸光度(absorbance)是由电磁辐射与多孔材料中的气体相互作用所决定的。
24.电磁辐射多次进入包围该腔的多孔材料中，在那里与气体相互作用。因此，通过根据本发明的气体室可以达到非常大的光学路径长度与气体室体积之比。这使得紧凑的结构方式、高检测灵敏度和快速响应时间能够同时实现。高检测灵敏度是基于大的可实现的光学路径长度。快速的响应时间是由于相对较小的气体室体积和在气体室整个表面上的气体交换造成的。同时，多孔结构允许在几秒内进行气体交换，从而快速检测浓度变化。这里的气体输入或气体输出不并需要通过复杂的软管和泵系统进行。由于结构方式紧凑，根据本发明的气体室具有大量可能的应用并且能够以合理的成本生产。
25.如上所述，电磁辐射的在腔的内表面上所反射的部分在再次照射腔的内表面时部分地进入多孔材料中。由此避免在传统gasmas工艺中出现的由射束在入射侧反射而引起的出射射束强度损失。
26.此外，由于该辐射在腔表面上和在材料中的漫散射，也避免干涉效应的发生。这进一步改善气体室的检测灵敏度。
27.根据本发明的气体室的另一优点在于，多孔材料充当障碍物，该障碍物阻碍较大分子进入腔或进入多孔材料本身。仅大小小于孔大小的分子才能渗入或穿过纳米多孔材料并到达腔中。因此，多孔材料充当过滤器或膜。腔的内部因此免受污染并能保持清洁。
28.此外，包围腔的材料充当阻火器。一方面，多孔材料本身就不易燃。另一方面，由于气体室中的多次反射，能够以总体上较小的输出功率进行测量，从而可以防止或至少大幅减少入射射束对气体室的加热。若腔内仍然出现引燃，火焰也不从气体室逸出，因为气体已被足够冷却。因此，可以实现更高的光学性能，从而使气体室可以同时满足atex和/或fm防爆指南的要求。
29.根据本发明的一种实施方式，所述材料具有其中形成有腔的多孔陶瓷材料。孔的
最佳大小及其分布通过实验确定，并取决于为待研究的气体所使用的波长和所使用的陶瓷材料。20nm至10μm的孔径有利于中等红外范围内的辐射。例如，100至300nm的孔径可用于760nm的波长。
30.多孔陶瓷材料例如可以具有氧化锆、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化镁、氧化钇、磷化镓、多孔硅或其混合物。
31.材料的孔隙率可达到最小25％，优选至少为30％，进一步优选至少为35％，而最高为70％，优选最高为65％，进一步优选最高为60％。如果孔隙率小于25％，则材料非常密实，通过散射到孔上而实现的路径长度延长的作用太小。另一方面，如果孔隙率大于70％，则多孔材料不稳定，不适合用于气体室的主体。
32.腔可以具有任意形状。在一个可能的实施方式中，腔具有空心球体的形状，该空心球体具有半径rk。然而，腔也可以具有其他形状，例如椭圆体。
33.在此，可以考虑信噪比来选择腔的体积和/或内表面。实际上，实验表明信噪比是腔体积大小和内表面积的函数，因此可以通过适当地确定腔的体积和/或内表面积来改善信噪比。如果腔呈空心球体的形状，则该空心球体的半径rk可以根据信噪比来选择，且该空心球体的半径rk优选至少为2mm，进一步优选至少为5mm，而再进一步优选至少为10mm，还进一步优选至少为15mm。若选择的空心球体半径过小，则吸光度太低，导致不理想的信噪比。
34.根据本发明的一种实施方式，所述主体具有隔开距离地包围腔的内表面的外表面，在该距离的情况下，在该外表面上出射的损耗辐射小于预给定的损耗界限。所述损耗界限优选小于或等于入射射束的强度的99％，进一步优选小于或等于入射射束的强度的95％，而再进一步优选小于或等于入射射束的强度的90％。如前所述，该腔的内表面对电磁辐射不仅进行漫反射而且进行透射。入射到材料中的经透射的辐射可以到达主体的外表面并由此作为损耗辐射从主体射出。但如果腔内表面和主体外表面之间的距离选择得足够大，则仅较少部分进入到多孔材料中的辐射到达外表面。其余部分将通过在材料的孔上的散射而被引回到腔中。对于强散射材料，腔内表面和主体外表面之间3mm至4mm的距离可能足以将损耗辐射的逸出限制到合理量。这将提高出射射束的强度，从而改善信噪比。
35.在根据本发明的气体室中，射束在气体室中所走过的光学路径长度lo与由主体的外表面所包围的气体室体积v之比(即lo/v)可以大于或等于105m-2
，优选大于或等于2
·
105m-2
，进一步优选大于或等于3
·
105m-2
。例如，对于气体室体积为v＝4
·
10-5
m3的气体室，可以达到8m以上的光学路径长度lo。在气体室体积为v＝4.5
·
10-6
m3的本发明的另一示例性实施方式中，可以达到1.4m的光学路径长度lo。这是对传统气体室(例如怀特池和赫里奥特池)的显著改进。
36.在本发明的一种实施方式中，耦入装置可以构造为用于将入射射束发散式地耦入到腔中。当发散射束进入腔时，破坏性干涉效应的出现被进一步抑制。耦入装置和/或耦出装置可以具有光导体。该发散式耦入则可以通过使用具有尽可能高的数值孔径的光导体来实现。例如，可以使用数值孔径为0.22到0.50的光纤。附加或替代地，可以将扩宽射束的透镜布置在光导体的耦入到气体室中的端部处。
37.耦入装置可用于将入射射束的电磁辐射耦入到腔中。所述耦入装置可以构造为，使得该耦入装置将入射射束的全部电磁辐射耦入到腔中。耦入装置替代地可以构造为，使得该耦入装置仅将入射射束的一部分电磁辐射耦入到腔中。附加或替代地，耦出装置还可
以构造为，使得该耦出装置将形成出射射束的电磁辐射耦出该腔。耦出装置可以构造为，使得该耦出装置将出射射束的全部电磁辐射耦出该腔。耦出装置替代地可以构造为，使得该耦出装置仅将出射射束的一部分电磁辐射耦出该腔。如果耦入装置和/或耦出装置具有光导体，则该光导体可以从主体的外表面穿过主体引导至腔。换言之，光导体延伸至腔或进入腔。这就使电磁辐射能尤其简单地耦入到腔中和/或从腔中耦出。
38.在上述实施方式中，光导体与腔的内表面相交。能够反射电磁辐射的内表面的区域由此减小。由于光导体还延伸穿过多孔材料，所以在该区域中入射到多孔材料中的电磁辐射不能在多孔材料中散射。这两种效应导致光学路径长度延长的减少。这降低吸光度。另一方面，使用具有大横截面的光导体能够改善信噪比。因此，在本发明的一种实施方式中，在考虑吸光度和/或信噪比的情况下选择主体中耦入和/或耦出装置在主体中所占据的区域的大小。对于具有呈半径为rk＝7mm的空心球体形状的腔，通过半径为300μm的光纤可以实现极好的吸光度。另一方面，可以使用半径为750μm的光纤优化信噪比。对于半径rk＝7mm的腔，半径在300μm和750μm之间的光纤是有利的。
39.耦入装置可以构造为，使得该耦入装置将入射射束的电磁辐射耦入到主体的具有多孔材料的区域中。耦入装置可以构造为，使得该耦入装置入射射束的全部电磁辐射耦入到主体的具有多孔材料的区域中。耦入装置替代地可以构造为，使得该耦入装置仅将入射射束的一部分电磁辐射耦入到主体的具有多孔材料的区域中。附加或替代地，耦出装置可以构造为，使得该耦出装置将形成出射射束的电磁辐射从主体的具有多孔材料的区域耦出。耦出装置可以构造为，使得该耦出装置将形成出射射束的全部电磁辐射从主体的具有多孔材料的区域耦出。耦出装置替代地可以构造为，使得该耦出装置仅将形成出射射束的一部分电磁辐射从主体的具有多孔材料的区域耦出。
40.例如，如果耦出装置具有光导体，则从主体耦出辐射的光导体端部可以与腔的内表面隔开距离a布置在多孔材料中。这样就可以防止入射到腔中的射束在反射后没有穿过多孔材料就被立即再次耦出腔。这是因为，由于腔的内表面和光纤的耦出端部之间的距离，电磁辐射在进入耦出装置前总是至少穿过距离a。a例如可以是1mm。
41.耦出装置也可以完全布置在主体的外部。然而，腔的内表面和主体的外表面之间的距离可以选择成使得电磁辐射能以足够的强度到达耦出装置。这种布置可以使吸光度最大化。
42.在本发明的一种实施方式中，耦入装置可以将入射射束的全部电磁辐射耦入到腔中。耦出装置则可以如此构型，使得耦出装置将形成出射射束的全部电磁辐射从腔耦出。耦出装置替代地可以如此构型，使得耦出装置将形成出射射束的全部电磁辐射从主体的具有多孔材料的区域耦出。
43.根据本发明的气体室可以用于气体的吸收光谱分析。为此，气体室与待测气体接触。多孔材料对于待测气体是可透过的。气体侵入多孔材料中并进入腔。如果适当波长的电磁辐射通过耦入装置被耦入到气体室中，则可以借助比尔朗伯定律(见前文)，通过测量由耦出装置耦出的辐射的强度来确定气体浓度。气体室中的光学路径长度通过用已知浓度的气体进行测量而预先确定。
44.此外，本发明涉及一种用于气体的吸收光谱分析的组件，该组件具有：
[0045]-根据前述方面中任一项所述的气体室；
[0046]-用于产生入射射束的电磁辐射源；
[0047]-用于检测出射射束的探测器装置。
[0048]
电磁辐射源可以具有激光光源。电磁辐射源尤其可以具有可调谐的激光二极管。所述探测器组件可以具有光电探测器。
[0049]
根据本发明的气体室以及根据本发明的用于气体的吸收光谱分析的组件可以用于确定以下一种或多种气体的浓度：氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、甲烷、胺、氨、硫化氢、硫氧化物、如hcl或hf的卤化氢、水或其混合物。
附图说明
[0050]
在以下描述中，将参考附图作为示例来解释本发明。附图所示内容如下：
[0051]
图1：根据本发明的气体室的第一实施方式的截面图；其中，气体室内的部分辐射路径以示例的方式示出；
[0052]
图2a：图1中所示的气体室的截面图；
[0053]
图2b：图2a中所示的气体室的第一变型方案的截面图；
[0054]
图2c：图2a中所示的气体室的第二变型方案的截面图；
[0055]
图3a：根据本发明的气体室的第二实施方式的截面图；
[0056]
图3b：图3a中所示的气体室的变型方案的截面图；
[0057]
图4a：根据本发明的气体室的第三实施方式的截面图；
[0058]
图4b：图4a中所示的气体室的变型方案的截面图；
[0059]
图5：根据本发明的气体室的第四实施方式的组件的截面图；
[0060]
图6：根据本发明的气体室的第五实施方式的截面图。
具体实施方式
[0061]
图1是根据本发明的气体室1的第一实施方式的截面图，其中，气体室1内的部分辐射路径以示例的方式示出。气体室1具有主体10。主体10例如可以是块状。主体10由对电磁辐射进行散射的多孔材料制成。在主体10中构造有无材料的腔12。在本实施方式中，腔12具有空心球体的形状。腔12由内表面14进行限界。主体10具有外表面16，该外表面隔开距离地包围腔12的内表面14。
[0062]
气体室1还具有用于将入射射束s耦入到气体室1中的耦入装置20。在本实施方式中，耦入装置20具有光导体。为此，在主体10中设置无材料区域，通过该无材料区域可以将光导体从气体室1的外侧引入腔12中。在本实施方式中，耦入装置20将入射射束的全部电磁辐射耦入到腔12中。此外，气体室1具有耦出装置30。在本实施方式中，耦出装置30将形成出射射束sa的全部电磁辐射该从腔耦出。此外，在本实施方式中，耦出装置30具有光导体。在主体10中设置有另外的无材料区域，光导体可以通过该区域从腔12到达主体10的外侧。
[0063]
射束通过耦入装置20的光导体从主体10的外侧耦入到腔12中。耦入装置20可以如此构型，使得将入射射束s耦入到腔12中。为此，例如，可以使用具有高数值孔径的光导体。替代地可以在通入腔12中的光导体端部上设置透镜。
[0064]
以下对气体室1内的辐射路径进行阐述。为简化描述，在所有附图中仅显示射束的主辐射(也简称为辐射s)的走向。
[0065]
耦入到腔12中的辐射s穿过腔12的区域并照射到腔12的内表面14上的点p1上。根据本发明，内表面14对该电磁辐射既是漫反射的又是透射的。因此，辐射s的一部分在腔12的内表面14上的点p1处被漫反射，而该辐射的一部分在内表面14上的点p1处被透射到多孔材料中。图1举例示出三个经反射的辐射s(r1)、s1(r1)和s2(r1)。然而，为简化描述，仅示出经反射的辐射s(r1)的进一步走向。辐射s1(r1)和s2(r1)的走向未进一步示出，因此这些辐射以虚线箭头表示。辐射s的透射部分从不同方向进入多孔材料中。与经反射的辐射的情况一样，为简化描述，仅示出唯一的辐射s(t1)的走向。为清楚起见，还画出在点p1处进入材料中的另外三个辐射。由于以下将不再进一步说明它们的走向，因此以虚线箭头示出。在多孔材料中延伸的辐射s(t1)在再次进入腔12前在多孔材料中被多次散射。
[0066]
现在说明经反射的辐射s(r1)和经透射的辐射s(t1)的走向。经反射的辐射s(r1)在第二点p2处照射到腔12的内表面14上并且在那里一部分被再次漫反射而另一部分被透射到多孔材料中。在此，如点p1的情况一样，也存在数个经反射的和经透射的辐射，其中，为简化描述，分别仅示出一个经反射的辐射和一个经透射的辐射。反射部分s(r1，r2)继续延伸穿过腔12，直至照射到腔12的内表面14上的点p5。该反射部分在那里又是一部分被反射而另一部分被透射。
[0067]
在点p1处所透射的辐射s(t1)在其再次进入腔12后穿过该腔，直至照射到腔12的内表面14上的点p3，该辐射在那里一部分被反射而另一部分被透射。反射部分s(t1，r2)进入耦出装置30的光导体中并从气体室1耦出，有助于形成出射射束sa(为简化起见，图中仅示出一个辐射sa)。其他辐射以类似方式继续延伸穿过腔12并部分穿过多孔材料，以便最终进入耦出装置30的光导体中并从气体室1耦出。
[0068]
因此，出射射束sa由多个出射辐射组成，所述出射辐射已走过气体室1中的不同光学路径长度。出射射束sa已走过有效路径长度l
eff
＝l z，其中，l代表腔12内的有效路径长度，z代表多孔材料内的有效路径长度。
[0069]
以下对在图1中所示的气体室1的光学路径长度延长与乌布利希球的光学路径长度延长进行比较。在后者中，内表面几乎是全反射的，并且腔没有被多孔材料包围，使得路径长度延长仅仅由在空心球体内部的走向所决定。对于半径为5mm、反射率为0.985的空心球体，在乌布利希球情况下的有效路径长度为0.44m。在于图1中所示的实施方式的情况下，有效路径长度大于3m。在半径为15mm、反射率为0.985的空心球体情况下，乌布利希球的有效路径长度为1.33m，而图1所示气体室的有效路径长度超过8m。换言之，相比于乌布利希球，通过根据本发明的气体室1可以大幅增加有效路径长度。
[0070]
图2a至2c示出三种用于布置用于具有呈空心球体形状的腔12的气体室1的耦出装置30的可能性。然而，这些可能性并不限于呈空心球体形状的腔，而是可以用于任意形状的腔。
[0071]
图2a示出图1中呈现的本发明的第一实施方式。如对图1的描述中所解释的那样，耦入装置20和耦出装置30(例如呈光导体形式，尤其是光纤)从气体室1的外侧穿过多孔材料延伸到腔12中。在耦入装置20和耦出装置30的这种布置情况下可能出现以下问题：
[0072]
一部分出射射束sa在进入腔后仅在反射表面上被反射。因此，这部分射束没有穿过多孔材料。这导致可达到的光学路径长度减小。
[0073]
另外，耦入和耦出装置20，30不仅会减小内表面14的可反射电磁辐射的面积，而且
减小多孔材料的可反射电磁辐射的体积。
[0074]
在图2b中示出该问题的一种解决方案。在此，耦出装置30未到达腔12，而是止于多孔材料中。为了被耦出装置30耦出，电磁辐射必须至少走过腔12的内表面14和耦出装置30的入口端32之间的区域，以便从气体室1中耦出(参见辐射s’的走向，该辐射在点p’处透射到多孔材料中并作为经透射的辐射s
t
进入光导体)。在此，该辐射延伸穿过多孔材料并因此获得附加的路径长度延长。耦出装置30因此将形成出射射束sa的电磁辐射从主体10的具有多孔材料的区域18耦出。
[0075]
通过在图2c中所示的变型方案能够实现，进一步放大在图2b中所示的效果。在此，耦出装置30完全布置在主体10的外部。然而在这种情况下，耦出装置30的入口端32与腔12的距离必须足够小以接收足够的信号。在光导体的情况下，可以通过增大光导体的直径来改善信噪比。
[0076]
图3a和3b示出根据本发明的气体室1的第二实施方式的截面图。此处的腔12具有凸形形状，但并非球形。在图3a所示的实施方式中，耦出装置30与腔12隔开距离地布置在主体10的具有多孔材料的区域18中。因此，在任何情况下都得到由多孔材料中的散射造成的路径长度延长。
[0077]
图3b示出图3a中实施方式的变型方案。耦出装置30例如作为光导体完全布置在气体室1的外部。由此得到在多孔材料中反射的特别大部分辐射(参见辐射s
t
)。
[0078]
图4a示出根据本发明的气体室1的第三实施方式的截面图。在此，腔12具有椭圆体形状。耦入装置20与腔12连接。耦出装置30与腔12隔开距离地布置在主体10的具有多孔材料的区域18中。因此，在任何情况下，由耦出装置30从气体室1耦出的辐射都穿过多孔材料延伸(参见辐射s
t
)。
[0079]
图4b示出在图4a中所示的第三实施方式的变型方案。在此如此布置耦出装置30，使得入口端32布置在椭圆体的焦点处。
[0080]
图5a示出根据本发明的气体室1的第四实施方式的组件的截面图。该气体室1的主体10由左侧部分10a、中间部分10b和右侧部分10c三部分构成。在这些部分10a和10c中分别开有一个空心球体缺口。在中间部分10b中开有一个圆柱状区段缺口。这些缺口可以通过在陶瓷体中铣削来产生。然后将这些部分10a、10b和10c组合并共同形成主体10，在该主体中构造有腔12。
[0081]
图6示出根据本发明的气体室1的第五实施方式的截面图。在主体10中设置有两个分开的腔12a和12b，所述腔在图6的示图中具有空心球体的形状。耦入装置20与腔12a处于连接中，从而能够通过耦入装置20将电磁辐射耦入到腔12a中。耦出装置30与腔12b处于连接中。为了能够通过耦出装置30将辐射耦出，该辐射必须从第一腔12a穿过多孔材料进入第二腔12b(辐射s
t
)。因此，在任何情况下在该实施方式中也获得由于辐射在多孔材料内的走向所导致的对路径长度延长的贡献。
[0082]
参考标记列表
[0083]
1 气体室
[0084]
10 主体
[0085]
12 腔
[0086]
14 内表面
[0087]
16 外表面
[0088]
18 具有多孔材料的区域
[0089]
20 耦入装置
[0090]
30 耦出装置
[0091]
32 入口端
[0092]
s 入射射束
[0093]sa 出射射束
[0094]
l
o 光学路径长度
[0095]
v 气体室体积