一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔制造技术

本实用新型专利技术实施例中公开了一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，包括：第一反光面、第二反光面、红外光源、红外探测器以及顶部平面镜，其中：第一反光面包括第一抛物面反射镜、第一转角平面镜及第一光路延长平面镜，第一抛物面反射镜用于准直红外光源发出的扩散红外光束，并将准直后的红外光束反射至第一转角平面镜；第二反光面中的第二抛物面反射镜、第二转角平面镜及第二光路延长平面镜分别与第一抛物面反射镜、第一转角平面镜及第一光路延长平面镜基于光学腔对称轴对称，红外探测器的中心置于第二抛物面反射镜的焦点处。该对称式结构的长光程红外气体检测光学腔是一种体积小、光程长且可扩展光程用的光学腔，可以提高气体的探测精度。提高气体的探测精度。提高气体的探测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔


[0001]本技术涉及光学
，具体涉及一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔。

技术介绍

[0002]为精确探测诸如乙醛、硫化氢、二氧化碳等气体在特定空间内的浓度，非色散红外气体探测器被广泛应用于工业与农业等领域。对于由两个或两个以上的原子构成的极性气体分子，由于存在转动和振动跃迁对红外辐射的吸收，红外气体探测器可以通过测量特定吸收波长的光强变化量，从而推算出相应气体的浓度。为了使探测结果准确可靠，红外光线在充满气体的光学腔中需要被多次反射以增大吸收光程，从而使红外光线被气体分子充分吸收。因此，长的吸收光程易于达到高的探测精度，如亚ppm或ppb级的精度。
[0003]现有的长光程光学腔主要有反射式的赫里奥特腔和怀特腔。这两种光学腔均可以获得几米至几十米以上的光程，但是它们适合用于低发散角的激光光源。另外，这种长光程的光学腔面型加工精度要求高，成本昂贵。对于低成本的气体浓度探测应用，采用价格低廉的热光源而不是昂贵的激光器源更为合适。由于热光源的非相干特性，其发射角较大，为了实现长光程，需要在光学腔中加入准直光学元件约束光束发散角。如果采用折射透镜准直，会引入较大的损耗，且准直效果有限。中国专利CN109406404A公开了一种利用角锥棱镜阵列错位排列增加光程的方案，但是角锥棱镜阵列的加工比较复杂。中国专利CN108169170A则公开了一种利用两块平面反射镜多次反射光线的方案，以期达到在有限体积内尽量提高光程的目的，但这种光路设计使光学腔的体积仅仅被利用了一次，光学效率不高，且体积大。

技术实现思路

[0004]本技术实施例中提供一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，该对称式结构的长光程红外气体检测光学腔是一种体积小、光程长且可重复使用的光学腔，可以提高气体的探测精度。
[0005]本技术提供一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，包括：
[0006]第一反光面、第二反光面、红外光源、红外探测器以及顶部平面镜，所述第一反光面与所述第二反光面基于光学腔对称轴对称，其中：
[0007]所述第一反光面包括第一抛物面反射镜、第一转角平面镜及第一光路延长平面镜，所述红外光源的等效点源置于所述第一抛物面反射镜的焦点处，所述第一抛物面反射镜用于准直所述红外光源发出的扩散红外光束，并将准直后的红外光束反射至所述第一转角平面镜，所述第一转角平面镜与所述第一光路延长平面镜连接，且所述第一转角平面镜与所述光学腔对称轴的夹角为锐角，所述第一光路延长平面镜与所述光学腔对称轴平行；
[0008]所述第二反光面包括第二抛物面反射镜、第二转角平面镜及第二光路延长平面镜，所述顶部平面镜与所述光学腔对称轴垂直，所述顶部平面镜的一端与所述第一光路延
长平面镜连接，所述顶部平面镜的另一端与所述第二光路延长平面镜连接；
[0009]所述第二抛物面反射镜、所述第二转角平面镜及所述第二光路延长平面镜分别与所述第一抛物面反射镜、所述第一转角平面镜及所述第一光路延长平面镜基于所述光学腔对称轴对称，所述红外探测器的中心置于所述第二抛物面反射镜的焦点处。
[0010]在一些实施例中，所述红外光源的光束发散全角小于或等于30度。
[0011]在一些实施例中，所述第一抛物面反射镜及所述第二抛物面反射镜的焦距均为1.4cm。
[0012]在一些实施例中，所述第一抛物面反射镜及所述第二抛物面反射镜的曲率半径均为2.8cm。
[0013]在一些实施例中，所述第一抛物面反射镜与所述光学腔对称轴的夹角为60度，所述第二抛物面反射镜与所述光学腔对称轴的夹角为负60度。
[0014]在一些实施例中，所述第一转角平面镜与所述光学腔对称轴的夹角为25度，所述第二转角平面镜与所述光学腔对称轴的夹角为负25度。
[0015]在一些实施例中，所述对称式结构的长光程红外气体检测光学腔还包括腔室保护盖，所述腔室保护盖设置在所述对称式结构的长光程红外气体检测光学腔外部。
[0016]在一些实施例中，所述腔室保护盖为滑盖。
[0017]在一些实施例中，所述腔室保护盖上设置有通孔。
[0018]在一些实施例中，所述第一抛物面反射镜、所述第一转角平面镜、所述第一光路延长平面镜、所述第二抛物面反射镜、所述第二转角平面镜及所述第二光路延长平面镜均使用金属镀膜。
[0019]本技术实施例提供了一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，包括：第一反光面、第二反光面、红外光源、红外探测器以及顶部平面镜，所述第一反光面与所述第二反光面基于光学腔对称轴对称，其中：所述第一反光面包括第一抛物面反射镜、第一转角平面镜及第一光路延长平面镜，所述红外光源的等效点源置于所述第一抛物面反射镜的焦点处，所述第一抛物面反射镜用于准直所述红外光源发出的扩散红外光束，并将准直后的红外光束反射至所述第一转角平面镜，所述第一转角平面镜与所述第一光路延长平面镜连接，且所述第一转角平面镜与所述光学腔对称轴的夹角为锐角，所述第一光路延长平面镜与所述光学腔对称轴平行；所述第二反光面包括第二抛物面反射镜、第二转角平面镜及第二光路延长平面镜，所述顶部平面镜与所述光学腔对称轴垂直，所述顶部平面镜的一端与所述第一光路延长平面镜连接，所述顶部平面镜的另一端与所述第二光路延长平面镜连接；所述第二抛物面反射镜、所述第二转角平面镜及所述第二光路延长平面镜分别与所述第一抛物面反射镜、所述第一转角平面镜及所述第一光路延长平面镜基于所述光学腔对称轴对称，所述红外探测器的中心置于所述第二抛物面反射镜的焦点处。该对称式结构的长光程红外气体检测光学腔是一种体积小、光程长且可拓展光程用的光学腔，可以提高气体的探测精度。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实
施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本技术实施例提供的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔一个实施例结构示意图；
[0022]图2a是本技术实施例提供的腔室保护盖的一个俯视图；
[0023]图2b是本技术实施例提供的腔室保护盖的一个立体图；
[0024]图3a是本技术实施例提供的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔的一正视图；
[0025]图3b是本技术实施例提供的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔的一左视图；
[0026]图3c是本技术实施例提供的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔的一右视图；
[0027]图4a是本技术实施例提供的一能量分布图；
[0028]图4b是本技术实施例提供的另一能量分布图；
[0029]图4c是本技术实施例提供的另一能量分布图；
[0030]图4d是本技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，其特征在于，所述对称式结构的长光程红外气体检测光学腔包括：第一反光面、第二反光面、红外光源、红外探测器以及顶部平面镜，所述第一反光面与所述第二反光面基于光学腔对称轴对称，其中：所述第一反光面包括第一抛物面反射镜、第一转角平面镜及第一光路延长平面镜，所述红外光源的等效点源置于所述第一抛物面反射镜的焦点处，所述第一抛物面反射镜用于准直所述红外光源发出的扩散红外光束，并将准直后的红外光束反射至所述第一转角平面镜，所述第一转角平面镜与所述第一光路延长平面镜连接，且所述第一转角平面镜与所述光学腔对称轴的夹角为锐角，所述第一光路延长平面镜与所述光学腔对称轴平行；所述第二反光面包括第二抛物面反射镜、第二转角平面镜及第二光路延长平面镜，所述顶部平面镜与所述光学腔对称轴垂直，所述顶部平面镜的一端与所述第一光路延长平面镜连接，所述顶部平面镜的另一端与所述第二光路延长平面镜连接；所述第二抛物面反射镜、所述第二转角平面镜及所述第二光路延长平面镜分别与所述第一抛物面反射镜、所述第一转角平面镜及所述第一光路延长平面镜基于所述光学腔对称轴对称，所述红外探测器的中心置于所述第二抛物面反射镜的焦点处。2.根据权利要求1所述的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，其特征在于，所述红外光源的光束发散全角小于或等于30度。3.根据权利要求1所述的对称式结构的长光程红外气体检测光学腔，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙奥龙，王凯源，钱宇昊，黎灵杰，曹凯云，赖建军，张学明，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，
类型：新型
国别省市：