光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪制造技术

本申请公开一种光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪。所述光学谐振腔具有样品测量区域，所述反射棱镜包括用于接收穿过所述样品测量区域的光线的第一面、用于向所述样品测量区域发出光线的第二面、位于所述第一面与所述第二面之间的第三面；所述第三面用于将接收自所述第一面的光线全反射至所述第二面。本申请所提供的光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪能够有利于光学谐振腔的反射棱镜小型化，进而利于降低光线的材质吸收损耗。

【技术实现步骤摘要】
光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪
本申请涉及光谱学领域，尤其涉及一种光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪。
技术介绍
光谱学学科研究的是光谱。与关注频率的其他部分学科不同的是，光谱学专门研究可见光和近可见光——一个可以获得的光谱范围中很窄的一部分，该光谱的波长范围在约1毫米至1纳米之间。近可见光包括比红外线和紫外线。这个范围在可见光波段两侧都有足够远的延伸，但大部分由普通材料制成的透镜和反射镜仍对该光波段有效，必须经常考虑到材料的光学性能是依赖于光波长的。吸收式光谱学可以探测或识别各种不同的分子类型，尤其是简单分子类型，比如水。同时，光谱测量仪提供了高灵敏度、微秒量级的响应时间、抗干扰能力，以及有限的来自除所研究物质种类以外的其他分子种类的干扰。因此，吸收式光谱作为一种探测重要微/痕量物质类别的通用方法。在气体状态下，由于物质的吸收能力能够集中于一组尖锐的光谱线上，使得这种技术的灵敏度和选择性均发挥到最佳状态。光谱中这种尖锐的光谱线可以用来与绝大多数的干扰物质进行区分。在许多生产过程中，对流动气流中微量物质的浓度进行迅速、准确的测量和分析是十分必要的，因为污染物的浓度往往至关重要地影响成品的质量。例如，氮气N2、氧气O2、氢气H2、氩气Ar、氦气He用来制造集成电路，存在于这些气体中的杂质，比如水，即使只有十亿分之(ppb)几的含量水平也是有害的，它会减少集成电路合格品产量。因此，在需要高纯气体的半导体工业中，较高的灵敏度对生产者来说是非常重要的，借助于光谱学的高灵敏度性能能检测出水分杂质。在其它工业生产过程中，也有必要对各种各样的杂质进行检测。光谱学可以在高纯气体中检测含量为百万分之(ppm)几的水份，在某些情况下，还能够获得十亿分之几(ppb)的检测灵敏度水平。因此，已有数种光谱学方法被用于监测气体含水量，包括：传统长通路元件[longopticalpathcells]的吸收测定、光声光谱学、频率调制光谱学以及内腔激光吸收光谱学。但是，如莱曼(Lehmann)在美国专利号5,528,040的专利中所述，这些光谱方法具有多种特性，这使得它们在实际工业应用中是不切实际的和难以使用的。因此，它们在很大程度上仅限于实验室研究。然而，回路衰减光谱技术(CRDS，cavityring-downspectroscopy)已成为一种重要的光谱技术被应用于科学研究、工业生产控制、大气微/痕量气体监测。作为光吸收测定技术，已证实CRDS优于在低吸光度状态下灵敏度不很理想的传统方法。CRDS把高精密光学谐振腔中的光子平均寿命作为吸收灵敏度的可观测量。一般地，光学谐振腔由一对名义上相同的、窄带的、超高反射性介电反射镜形成，经适当配置形成一个稳定的光学光学谐振腔。一个激光脉冲通过一个反射镜射入光学谐振腔以经历一个平均寿命时间，该平均寿命决定于光子往返渡越时间(transittime)、光学谐振腔长度、吸收横截面和物质的浓度数量、内部光学谐振腔耗损因子(主要产生于当衍射损耗可忽略不计时，来自取决于频率的反射镜的反射率)。因此光吸收的测定由传统的功率比测量转化成了时间衰减测量。CRDS的最终灵敏度由光学谐振腔内部的损耗量值决定，使用诸如精细抛光的技术生产的超低损耗光学器件可以使这个耗损值减至最小。由于目前尚不能制造出具有足够高反射率的反射镜，因此在应用高反射率介电反射镜的光谱领域内，CRDS的应用还有局限，这就大大限制了该方法在大部分红外线的、紫外线领域的使用。即使在有适当反射率的介电反射镜的领域，每组反射镜也只能在小波长范围内有效，一般仅几个百分点的波长范围片段。而且，许多介电反射镜的制造需要使用一些材料，这些材料会随时间而变质，尤其是当暴露在化学腐蚀环境中时。这都限制或阻止了CRDS的许多潜在应用。为解决上述问题，专利号为“CN1397006A”名称为“基于布儒斯特角棱镜反射器回路衰减空腔光谱仪匹配模式”的专利文件中记载了一种光学谐振腔，该光学谐振腔包括带有一组全反射面的第一布儒斯特角反射棱镜，其中一个全反射面为曲面；带有一组全反射面的第二布儒斯特角反射棱镜，该棱镜与第一反射棱镜沿着谐振腔光轴准直排列成一条直线；以及用来把光辐射耦合进入第一或第二棱镜两者之一中的光学元件。但是，上述光学谐振腔在使用过程中的光路为双光路闭环，光学谐振腔的反射棱镜中的入射面同时也作为出射面，为防止光路重叠，因此该光学谐振腔的反射棱镜的几何尺寸受限于此而难以将装置小型化，造成光线在穿过反射棱镜时被反射棱镜的吸收损耗较大，影响整个光谱仪的测量灵敏度。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本申请提供一种光学谐振腔用反射棱镜、光学谐振腔和光谱测量仪，以能够有利于光学谐振腔的反射棱镜小型化，进而利于降低光线的材质吸收损耗。为达到上述目的，本申请提供一种光学谐振腔用反射棱镜，所述光学谐振腔具有样品测量区域，所述反射棱镜包括用于接收穿过所述样品测量区域的光线的第一面、用于向所述样品测量区域发出光线的第二面、位于所述第一面与所述第二面之间的第三面；所述第三面用于将接收自所述第一面的光线全反射至所述第二面。作为一种优选的实施方式，所述第一面及所述第二面为布儒斯特面，所述第三面为全内反射面。作为一种优选的实施方式，所述反射棱镜的至少一个面为曲面。为达到上述目的，本申请还提供一种光学谐振腔，其能接收和发出光线，并能将接收到的光线在内部传播，所述光学谐振腔包括：光学元件，所述光学元件包括至少一个如上任一所述的反射棱镜；所述光学谐振腔具有样品测量区域，所述样品测量区域能容置有待测样品。作为一种优选的实施方式，所述光学元件能形成闭合光路。作为一种优选的实施方式，所述光学元件至少为三个。作为一种优选的实施方式，每个所述光学元件均为所述反射棱镜。作为一种优选的实施方式，所有所述反射棱镜包括第一反射棱镜、第二反射棱镜以及第三反射棱镜；所述第一反射棱镜的第二面与所述第二反射棱镜的第一面通过第一光路连接，所述第三反射棱镜的第二面与所述第一反射棱镜的第一面通过第二光路连接，所述第二反射棱镜的第二面与所述第三反射棱镜的第一面通过第三光路连接；所述第一光路与所述第二光路之间的夹角、所述第二光路与所述第三光路之间的夹角以及所述第三光路与所述第一光路之间的夹角均大于其中，θB为布儒斯特角。作为一种优选的实施方式，每个所述反射棱镜中，所述第三面与所述第二面的夹角等于所述第三面与所述第一面的夹角，等于0.5倍的所述第一光路与所述第二光路的夹角加上θB。作为一种优选的实施方式，还包括：匹配光学元件，所述匹配光学元件能将光源的光学模式与光学谐振腔的光学模式相匹配。作为一种优选的实施方式，至少一个所述光学元件能够旋转和/或平移。为达到上述目的，本申请还提供一种光谱测量仪，其特征在于，包括：如上实施方式任一所述的光学谐振腔。通过以上描述可以看出，本申请所提供的所述光学谐振腔用反射棱镜通过设有用于在光学谐振腔中接收光线的所述第一面以及用于在光学谐振腔中发出光线的第二面，且所述第一面与所述第二面为相互独立的不同面，进而可以保证光线在反射棱镜的面上仅留有单个光斑，这就使得所述反射棱镜的边长仅需要大于单个光斑的大小即可满足要求，所以本申请所提供的光学谐振腔用反射棱镜能够有利于光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学谐振腔用反射棱镜，所述光学谐振腔具有样品测量区域，其特征在于：所述反射棱镜包括用于接收穿过所述样品测量区域的光线的第一面、用于向所述样品测量区域发出光线的第二面、位于所述第一面与所述第二面之间的第三面；所述第三面用于将接收自所述第一面的光线全反射至所述第二面。

【技术特征摘要】
1.一种光学谐振腔用反射棱镜，所述光学谐振腔具有样品测量区域，其特征在于：所述反射棱镜包括用于接收穿过所述样品测量区域的光线的第一面、用于向所述样品测量区域发出光线的第二面、位于所述第一面与所述第二面之间的第三面；所述第三面用于将接收自所述第一面的光线全反射至所述第二面。2.如权利要求1所述的反射棱镜，其特征在于：所述第一面及所述第二面为布儒斯特面，所述第三面为全内反射面。3.如权利要求1所述的反射棱镜，其特征在于：所述反射棱镜的至少一个面为曲面。4.一种光学谐振腔，其能接收和发出光线，并能将接收到的光线在内部传播，其特征在于，所述光学谐振腔包括：光学元件，所述光学元件包括至少一个如权利要求1至3任一所述的反射棱镜；所述光学谐振腔具有样品测量区域，所述样品测量区域能容置有待测样品。5.如权利要求4所述的光学谐振腔，其特征在于：所述光学元件能形成闭合光路。6.如权利要求4或5所述的光学谐振腔，其特征在于：所述光学元件至少为三个。7.如权利要求6所述的光学谐振腔，其特征在于：每个所述光学元件均为所述反射棱镜。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文平，赵辉，
申请(专利权)人：苏州谱道光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32