一种实现多光程及变化光程数的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出了一种实现多光程及变化光程数的装置，包括角镜和折返镜组；所述折返镜组设置于角镜的出射光路上；折返镜组与角镜的设置方式是折返镜组固定、角镜沿直线运动或折返镜组和角镜均固定；角镜是立方角镜，立方角镜的三个面两两垂直。本实用新型专利技术是一种校准精度相对低、易于工程实现的实现多光程及变化光程的装置及既可作为运动装置又可作为固定装置的实现多光程及变化光程的装置。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种实现多光程及变化光程数的装置
本技术属于光学
，涉及一种利用角镜实现固定和可变光程的装置。技术背景光谱技术是获取物质结构和化学组成、物质元素含量测定以及研究原子能级等的重要手段，目前已经在工农业生产、科学研究、环境监测、航空航天遥感等领域有着广泛的应用。干涉光谱仪的出现克服了传统的色散型光谱仪(分光棱镜、色散棱镜和衍射光栅等)能量利用率低的缺点，而时间调制型干涉光谱仪继承了传统干涉光谱仪的优点，集多通道O^elleget优点)、高通量(Jacquinot优点)、波数准确度高(Cormes优点)及低噪声、 测量速度快等一系列优点于一身。它扩展了红外光谱研究领域，近二十年来受到世界各国的广泛关注并得到了快速发展。传统的时间调制型干涉光谱仪即迈克尔逊干涉仪存在两个主要问题1、一般需辅助光路，结构复杂；2、稳定性差，环境适应能力和抗干扰能力低。这是因为一方面在传统迈克尔逊直线型动镜干涉仪中，动镜为平面镜，在运动过程中如果发生倾斜，将严重影响干涉效率，甚至不能产生干涉；它对动镜运动的方向性要求也极其严格， 故在直线型动镜干涉仪中需设置辅助光路，即利用激光对动镜运动的方向准确性、速度均勻性、位移量等进行实时精确监测和修正。但是这种辅助光路同时增大了仪器的结构复杂性和实施的难度。另一方面，因为对动镜勻速平稳运动且对倾斜晃动要求很高，所以干涉仪对动镜的控制要求有一套高精度的动镜驱动系统。但是在实际的工程研制过程中，实现高精度的动镜直线驱动和支撑系统仍然相当困难。另外，动镜直线往复运动对运动轨道的加工工艺依赖性较强，虽然激光辅助光路在很大程度上减少了外界环境如抖动或震动对测量效果的影响，但是这种影响只能减弱并不能完全消除，致使系统稳定性差，降低了此类光谱仪适应恶劣环境的能力和抗干扰能力。针对时间调制型干涉光谱仪的动态稳定性问题人们提出了多种解决途径和方案。为避免平面镜运动过程中倾斜的问题，干涉仪中的角镜往往被其他抗倾斜的反射镜替代，如二面角镜(实心直角棱镜、屋脊棱镜或空心二面直角反射镜)、立方角镜(实心立方棱镜或空心三面直角平面镜)、猫眼镜等。如果将以上三种反射器分别同时替代迈克尔逊干涉仪的角镜和定镜时，尽管对倾斜都不敏感，但都会遇到反射器横移的问题。利用单个立方角镜限于仅至多实现双倍程，角镜位移量的减小有利于对角镜实现精确的姿态和驱动控制，相反位移量的增大会相应地增加测量时间和位移，从而增大干涉仪角镜驱动和支撑系统的设计难度，对导轨的结构设计要求和工艺要求更加严格。利用角镜折叠光路增加有效光程往往出现在干涉仪中，而在分子光谱分析领域， 在传统的吸收光谱、拉曼光谱和光声光谱、特别是高分辨光谱的实验中，人们往往采用多种光学长程池以增大探测光通过被测样品的有效光程，以提高探测灵敏度。在吸收光谱检测中，对于固定的吸收介质，可以让探测光在样品吸收池的入射和出射端面之间作多次往返通过吸收介质，使得光束通过样品的实际有效吸收光程远远大于样品吸收池的几何长度，实现多光程吸收。常用的光学长程池有White型、矩阵型和Herriott型。前两种长程池的特点是孔径角较大，适用于普通光源和激光光源，但所用反射镜较多。Herriott型长程池的光学系统由两个凹面反射镜组成，其特点是结构简单，光路调节相对容易，但孔径角较小，适用于激光光源，但是这些多光程的光程数都是固定的，目前还没有出现过光程数可变的多光程装置。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本技术提出了一种校准精度相对低、易于工程实现的实现多光程及变化光程的装置及既可作为运动装置又可作为固定装置的实现多光程及变化光程的装置。本技术的技术解决方案是一种实现多光程及变化光程数的装置，其特殊之处在于包括角镜和折返镜组； 所述折返镜组设置于角镜的出射光路上；所述折返镜组与角镜的设置方式是折返镜组固定、角镜沿直线运动或折返镜组和角镜均固定；所述角镜是立方角镜，立方角镜的三个面两两垂直。上述折返镜组包括第一反射器、第二反射器、第三反射器或/和平面反射镜；所述第一反射器、第二反射器或第三反射器设置位置是相交棱与角镜其中一个面的对角线共面或相交棱所在的平面过角镜的顶点，且该平面平行于入射光线。上述第一反射器、第二反射器及第三反射器是二面角镜、立方角镜或猫眼镜。本技术的优点是1、本技术设计可实现变化的多光程，即可利用多光程装置中的直角反射镜的旋转产生变化的光程。当旋转直角反射镜时，同一方位入射的光束在角镜和折返镜组之间的反射次数会增多，从而使得光程数增加，而且在较小的角度光程数量呈倍数的增加。当需要增加光程数时，只需要转动折返镜组中的某一个反射镜即可实现。2、本技术实现多光程的设计规律性强。一支正入射到角镜内的光线在角镜内往复折叠反射，反射光线的方向和位置容易确定，规律性强。如实施例中，在由角镜和两个直角反射器组成的多光程装置中，在角镜内部的反射光线在角镜上的反射点，从入射光的角度看过去，是以角镜顶点为圆心的圆周上。因而规律明显，便于设计。3、本技术实现多光程所用反射器件少，探测灵敏度高。由于需要转动折返镜组中的某一个反射镜，即可实现更多光程数，而不需要另外增加反射器件，因而这种设计方式灵活，所用反射器件较少。特别是在激光光谱仪或用激光做光源的光学长程室中，这种不增加反射器件，但是光程数量仅靠摆放方位的改变而可大幅增加的方法，大大提高了探测的灵敏度。4、本技术的装置结构简单，光路调整相对容易。多光程装置由角镜和折返镜组两部分组成，反射器件的数量较少，因而装置的结构相对简单。而其中的光学器件皆是反射器件，无需考虑透射器件可能产生的像差，将其作为光学装置置于光路中，调试光路时相对容易。5、本技术便于工程实现。多光程装置的结构简单，其中各反射器件的渠道来源、设计、安装都不复杂，因而整个装置的结构设计容易实现。装置中的折返镜组部分可根据不同场合应用需求改动其中反射器件的种类、数量、组合和排列方式，方式灵活多样。6、本技术可作为光学长程室使用。本技术的多光程装置理论上可形成几程到上百程光路，光束在多光程装置中来回多次反射，因而有效光程显著增加，提高了探测的灵敏度。不过光程数量也会受到光束的口径和偏差、视场角、以及光能量损失、立方角镜和折返镜组中反射器的尺寸等制约。7、本技术可作为运动部件使用。当将多光程装置中的角镜作为时间调制型干涉仪中的动镜时，一方面保留了立方角镜在降低干涉仪校准精度方面和增强干涉仪的抗干扰能力方面的优势，另一方面将多光程装置中的折返镜组固定，几乎不会降低干涉仪在这两个方面的性能，同时又几乎不会对干涉仪其他光机结构部件造成影响。这样，只需要对过去的立方角镜干涉仪做较小改动，就可以完成使用本技术装置设计的新型干涉仪。8、本技术适用于普通光源和激光光源。根据不同应用场合，当要求不同光程数量时，本技术的多光程装置的结构形式可改变。不同孔径角和口径的光源对多光程装置的结构要求不同，但一般情况下，利用多光程装置形成约M程光路时，可能适用于普通光源或激光光源；当多于M程时，可能更适用于激光光源。9、当光束在同一分区或同一反射面的入射和出射次数相同时，因装置中各反射器件的二面角偏差引起的光束偏差会自动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏儒义，张学敏，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：