确定在多反气室内形成的光斑样式的方法及多反气室技术

本发明专利技术公开了一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法及多反气室，方法包括：基于镜面参数建立多反气室的光学模型；定义第一镜面与第二镜面之间的距离为第一距离，为第一距离构建第一距离数组；定义矩形凹面镜的曲率中心沿光轴方向在镜面上的投影点与多个矩形凹面镜拼接处的距离为第二距离，为第二距离构建第二距离数组；对于每一个第一距离值、第二距离值，设定光线从预定入射点坐标入射，并根据光学模型确定光线在镜面上形成的光斑样式；选择符合预定形状、且光斑间距在预定光斑间距范围内的光斑样式作为候选光斑样式；根据光学模型确定每个候选光斑样式对应的光程，以便选择符合预定光程条件的候选光斑样式作为最优光斑样式。斑样式。斑样式。

【技术实现步骤摘要】
确定在多反气室内形成的光斑样式的方法及多反气室


[0001]本专利技术涉及光谱探测
，尤其涉及一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法、多反气室及计算设备。

技术介绍

[0002]光学多反气室已被广泛应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术中，可以在相对较小的体积内实现较长的光程，进而提高探测灵敏度，降低检测极限。光学多反气室需要对气室内的镜面进行精细的调节，以保证光束通过入射孔进入多反气室内，并在特定的来回反射次数后，从出射孔射出。根据Lambert
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Beer定律，增加光和样品的作用距离，能增大吸收信号的幅度，从而能有效提高光谱探测灵敏度，多次反射是实现长光程的有效途径。在科研、环保、煤矿瓦斯监控等领域，用光谱吸收法分析、检测微量气体，如甲烷、一氧化碳、氧气等。
[0003]现有技术中，常用的多反气室有：White气室、Herriott气室、Chernin气室、离散镜气室、和环形气室。其中，White型多反气室可以实现光束在多反气室内的多次反射，但是其设计本身存在一些缺点，如体积过大，稳定性差，镜面有效利用率低等，限制了White气室的应用范围。Chernin型多反气室是在White型多反气室基础上改进的光学多反气室，可以根据需要随时改变吸收光程，但是其结构复杂，体积较大，限制了其在小型化仪器需求中的应用。Herriott气室由两片相同的球面镜面共轴对称构成，光线在镜面上的反射光斑呈现单一的圆形或椭圆形图案，导致对腔镜面积的利用率不高。离散镜多反气室克服了Herriott型多反气室的缺点，提升了腔镜面积的利用率，可在镜面上形成李萨如图形的光斑分布，但是离散镜片的加工成本较高，成品率低。环形气室由单一圆环状镜面构成，通过调节光线的入射角度可以改变气室的有效光程，但是对于入射角度的精度要求非常高。
[0004]根据Lambert
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Beer定律，吸收信号的幅度与光和样品的作用距离成正比，因此，通过改变多反气室的光程可实现调节光谱探测的范围和灵敏度；减小多反气室的体积可促进便携式传感器的发展，提升气体检测的速度。
[0005]为此，需要一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法，以便设计出的多反气室体积更小、可以根据实际检测需求调整光程、提高探测灵敏度。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提供了一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法，以解决或至少缓解上面存在的问题。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括镜面参数相同且对称布置的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面、第二镜面分别包括相互拼接的多个矩形凹面镜，光线适于从任一个矩形凹面镜入射并依次遍历每个矩形凹面镜，并在所述第一镜面与第二镜面之间进行多次反射后射出，所述光线适于在所述第一镜面和第二镜面的每个矩形凹面镜上形成相同形状的光斑
样式，所述方法包括：确定所述第一镜面、第二镜面的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型；定义所述第一镜面与第二镜面之间的距离为第一距离，设定所述第一距离的范围，并基于第一距离间隔，为所述第一距离构建第一距离数组；定义所述矩形凹面镜的曲率中心沿光轴方向在镜面上的投影点、与所述多个矩形凹面镜拼接处的距离为第二距离，设定所述第二距离的范围，并基于第二距离间隔，为所述第二距离构建第二距离数组；对于所述第一距离数组中的每一个第一距离值、所述第二距离数组中的每一个第二距离值，设定光线从预定入射点坐标入射，并根据所述光学模型确定光线在所述第一镜面和第二镜面的每个矩形凹面镜上形成的光斑样式；选择符合预定形状、且光斑间距在预定光斑间距范围内的光斑样式作为候选光斑样式，基于所有候选光斑样式生成候选光斑样式集合；根据所述光学模型确定每个候选光斑样式对应的光程，以便选择符合预定光程条件的候选光斑样式作为最优光斑样式。
[0008]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，设定光线从预定入射点坐标入射，包括：基于预定角度间隔，构建入射角度数组；设定光线分别以入射角度数组中的每一个入射角度，从所述预定入射点入射。
[0009]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，设定光线从预定入射点坐标入射，包括：基于预定坐标差值构建预定入射点坐标数组；基于所述预定入射点坐标数组中的每个预定入射点坐标，设定光线从预定入射点入射。
[0010]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，根据所述光学模型确定光线在所述第一镜面和第二镜面的每个矩形凹面镜上形成的光斑样式，包括：根据所述光学模型确定光线在多反气室内的路径，路径信息包括光线在每个矩形凹面镜上形成的每个光斑。
[0011]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，所述路径信息还包括光线的出射点坐标，选择符合预定形状、且光斑间距在预定光斑间距范围内的光斑样式作为候选光斑样式，包括：选择符合预定形状、光斑间距在预定光斑间距范围内、且出射点坐标与所述预定入射点坐标相同的光斑样式，作为候选光斑样式。
[0012]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，所述预定形状包括线形或椭圆形，所述候选光斑样式包括线形光斑样式或椭圆形光斑样式。
[0013]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，所述预定形状包括组合形状，所述组合形状包括多线形组合的形状、线形和椭圆形组合的形状；所述候选光斑样式包括多线形组合光斑样式、线形和椭圆形组合光斑样式。
[0014]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，所述相互拼接的多个矩形凹面镜并排布置或者环绕布置。
[0015]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，所述第一镜面、第二镜面分别包括相互拼接的两个矩形凹面镜，两个矩形凹面镜并排布置；其中，所述第一镜面包括相互拼接的第一矩形凹面镜和第三矩形凹面镜；所述第一矩形凹面镜的曲率中心沿光轴方向在镜面上的投影点、与所述两个矩形凹面镜拼接处的距离为第二距离；所述第二镜面包括相互拼接的第二矩形凹面镜和第四矩形凹面镜，所述第二矩形凹面镜与所述第一矩形凹面镜的镜面参数相同且对称布置，所述第四矩形凹面镜与所述第三矩形凹面镜的镜面参数相同且对称布置。
[0016]可选地，在根据本专利技术的确定在多反气室内形成的光斑样式的方法中，当矩形凹面镜的曲率半径R为100mm时，所述第一距离d的范围为10mm≤d≤200mm，所述第一距离间隔为0.1mm；所述第二距离c的范围为0≤c≤3mm，所述第二距离间隔为0.01mm。
[0017]根据本专利技术的一个方面，提供了一种多反气室，包括镜面参数相同且对称布置的第一镜面和第二镜面，其中：所述第一镜面、第二镜面分别包括相互拼接的多个矩形凹面镜，其中至少一个矩形凹面镜上设有入射孔；经所述入射孔入射的光线适于依次遍历每个矩形凹面镜，并在所述第一镜面与第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定在多反气室内形成的光斑样式的方法，在计算设备中执行，所述多反气室包括镜面参数相同且对称布置的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面、第二镜面分别包括相互拼接的多个矩形凹面镜，光线适于从任一个矩形凹面镜入射并依次遍历每个矩形凹面镜，并在所述第一镜面与第二镜面之间进行多次反射后射出，所述光线适于在所述第一镜面和第二镜面的每个矩形凹面镜上形成相同形状的光斑样式，所述方法包括：确定所述第一镜面、第二镜面的镜面参数，并基于所述镜面参数建立多反气室的光学模型；定义所述第一镜面与第二镜面之间的距离为第一距离，设定所述第一距离的范围，并基于第一距离间隔，为所述第一距离构建第一距离数组；定义所述矩形凹面镜的曲率中心沿光轴方向在镜面上的投影点、与所述多个矩形凹面镜拼接处的距离为第二距离，设定所述第二距离的范围，并基于第二距离间隔，为所述第二距离构建第二距离数组；对于所述第一距离数组中的每一个第一距离值、所述第二距离数组中的每一个第二距离值，设定光线从预定入射点坐标入射，并根据所述光学模型确定光线在所述第一镜面和第二镜面的每个矩形凹面镜上形成的光斑样式；选择符合预定形状、且光斑间距在预定光斑间距范围内的光斑样式作为候选光斑样式，基于所有候选光斑样式生成候选光斑样式集合；根据所述光学模型确定每个候选光斑样式对应的光程，以便选择符合预定光程条件的候选光斑样式作为最优光斑样式。2.如权利要求1所述的方法，其中，设定光线从预定入射点坐标入射，包括：基于预定角度间隔，构建入射角度数组；设定光线分别以入射角度数组中的每一个入射角度，从所述预定入射点入射。3.如权利要求1或2所述的方法，其中，设定光线从预定入射点坐标入射，包括：基于预定坐标差值构建预定入射点坐标数组；基于所述预定入射点坐标数组中的每个预定入射点坐标，设定光线从预定入射点入射。4.如权利要求1
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3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔榕，周欣，刘鹏，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：