CN103941382A - 三维空间内微弱光收集器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学装置，公开了一种三维空间内微弱光收集器。其包括椭球面反射镜、球面反射镜，椭球面反射镜、球面反射镜均为凹面反射镜，且两者凹面相对，形成一个腔体；球面反射镜的圆心与椭球面反射镜中椭圆的一个焦点重合，球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆的焦距。本发明采用特殊的结构，使得激光束激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光在三维空间范围内得到定向高效的收集。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学装置，尤其涉及了一种三维空间内微弱光收集器。
背景技术
当今许多生物学实验室、细胞学实验室或物理实验室对生物荧光、细胞荧光、拉曼散射光等微弱光进行收集和光谱探测，来进行对于分子性质探究的相关实验。对于光谱探测，首先要对分子发出来的荧光、拉曼散射光有较高的收集率，尽可能高的提高信噪比，特别是对于荧光、拉曼散射光等很弱的谱线，这一点尤为重要。如有的荧光、拉曼散射光本身十分微弱，用肉眼无法观测到，探测出的谱线很难达到理想的信噪比，影响实验进程，如果缺乏有效的微弱光收集装置，结果更是难以达到要求。
将被激光激发的气体或微小物质看作点光源，其发散角为整个空间立体角4π，目前已有的微弱光收集器未能将该4π空间内的激发光-荧光、拉曼散射光等高效收集，而是仅有立体角θ。或者是2θ，通过在中继光学透镜组背面加球面反射镜来实现。因此，目前激光激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光在三维空间内难以有效收集。
发明内容
本发明针对现有技术中激光激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光在三维空间范围内得到定向高效的收集的问题，提供了一种三维空间内微弱光收集器。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
三维空间内微弱光收集器，包括椭球面反射镜、球面反射镜，椭球面反射镜、球面反射镜均为凹面反射镜，且两者凹面相对，形成一个腔体；球面反射镜的圆心与椭球面反射镜中椭圆的一个焦点重合，且球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆焦距的0.8～1.2倍。采用这种特殊形状，可以使激光束激发出的荧光或拉曼散射光所形成的点光源处于椭球反射镜的第一焦点处，也就是球面反射镜的圆心，由光源向上发出的光绝大部分经椭球反射镜反射后基本汇聚至椭球反射镜的第二焦点处，也就是球面反射镜的顶点，进行汇聚收集。由光源向下的一部分进入球面反射镜的光经球面反射镜的通孔直接进入中继光学透镜组，另一部分经球面反射镜反射至椭球反射镜，再经椭球反射镜反射后汇聚至椭球反射镜并远离椭球反射镜的第二焦点处。
作为优选，球面反射镜的顶点设有通孔，通孔处设有中继光学透镜组，更好的将收集好的光束进行合理有效的利用。
作为优选，球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆焦距，使激光束激发出的光完全汇聚至椭球反射镜的第二焦点处，也就是球面反射镜的顶点。
作为优选，椭球面反射镜、球面反射镜的反射面均镀有光反射率大于99%的反射膜。
本发明的工作原理：在椭球反射镜对应位置加上球面反射镜，形成一个腔体，且球面反射镜的圆心与椭球面反射镜中椭圆的第一焦点重合；球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆焦距的0.8～1.2倍，即球面反射镜的顶点与椭球面反射镜中椭圆的第二焦点近似重合。由于激光束激发出的荧光或拉曼散射光由于体积微小，可视为点光源。该点光源处于椭球反射镜的第一焦点处，也就是球面反射镜的圆心，由光源向上发出的光绝大部分经椭球反射镜反射后基本汇聚至椭球反射镜的第二焦点处，也就是球面反射镜的顶点；由光源向下的一部分进入球面反射镜的光经球面反射镜的通孔直接进入中继光学透镜组，另一部分经球面反射镜反射至椭球反射镜，再经椭球反射镜反射后基本汇聚至椭球反射镜的第二焦点处。球面反射镜的顶点设有通孔，通孔处设有中继光学透镜组，更好的将收集好的光束进行合理有效的利用。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明采用特殊的结构，使得激光束激发出的痕量物质的荧光、拉曼散射光等微弱光经椭圆反射镜、球面反射镜反射后基本汇聚在一点，即球面反射镜的顶点，最终都进入中继光系统透镜组，使得微弱光在三维空间范围内得到定向高效的收集。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例1内腔中激发光光路1；
图3是本发明实施例1内腔中激发光光路2；
图4是本发明实施例1内腔中激发光光路3；
图5是本发明中实施例2内腔中激发光光路示意图；
图6是本发明中实施例3内腔中激发光光路示意图；
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—椭圆反射镜、2—球面反射镜、3—中继光学透镜组、4—激光束。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
三维空间内微弱光收集器，如图1所示，包括椭球面反射镜1、球面反射镜2，椭球面反射镜2、球面反射镜2均为凹面反射镜，且两者凹面相对，形成一个腔体；球面反射镜2的圆心与椭球面反射镜1中椭圆的第一焦点重合，且球面反射镜2的曲率半径等于椭球面反射镜1中椭圆的焦距；激光束激发出的荧光或拉曼散射光所形成的点光源处于椭球反射镜的第一焦点处，也就是球面反射镜的圆心，由光源向上发出的光绝大部分经椭球反射镜反射后汇聚至椭球反射镜的第二焦点处，也就是球面反射镜的顶点。
球面反射镜2的顶点处设有通孔，通孔处设有中继光学透镜组3，更好的将收集好的光束进行合理有效的利用。
椭球面反射镜1、球面反射镜2的反射面均镀有射反射率大于99%的反射膜。
光线在本发明中椭圆反射镜和球面反射镜所形成的收集腔内可分为3路：
（1）如图2所示光路1：激光束4激发出的很少一部分荧光或拉曼散射光通过球面反射镜2上的通孔直接进入中继光学透镜组3；
（2）如图3所示光路2：激光束4激发出的一部分荧光或拉曼散射光入射至球面反射镜2后被该反射镜反射至椭球反射镜1，再由椭球反射镜1反射后将其通过球面反射镜2上的通孔入射进中继光学透镜组3；
（3）如图4所示光路3：激光束4激发出的一部分荧光或拉曼散射光入射至椭球反射镜1，由该反射镜反射后将其通过球面反射镜2上的通孔入射进中继光学透镜组3；
激光束4激发出的荧光或拉曼散射光通过上述3种光路，最终全部进入中继光学透镜组3中，使得荧光或拉曼散射光等微弱光在三维空间内得到了高效、定向的收集，使得微弱光得到合理有效的利用。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
实施例2
如图5所示，同实施例1，所不同的是，球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆焦距的0.8倍。
实施例3
如图6所示，同实施例1，所不同的是，球面反射镜的曲率半径等于椭球面反射镜中椭圆焦距的1.2倍。
Claims (4)
1.三维空间内微弱光收集器，其特征在于：包括椭球面反射镜（1）、球面反射镜（2），椭球面反射镜（2）、球面反射镜（2）均为凹面反射镜，且两者凹面相对，形成一个腔体；球面反射镜（2）的圆心与椭球面反射镜（1）中椭圆的一个焦点重合，球面反射镜（2）的曲率半径等于椭球面反射镜（1）中椭圆焦距的0.8～1.2倍。
2.根据权利要求1所述的三维空间内微弱光收集器，其特征在于：球面反射镜（2）的顶点处设有通孔，通孔处设有中继光学透镜组（3）。
3.根据权利要求1所述的三维空间内微弱光收集器，其特征在于：球面反射镜（2）的曲率半径等于椭球面反射镜（1）中椭圆焦距。
4.根据权利要求1所述的三维空间内微弱光收集器，其特征在于：椭球面反射镜（1）、球面反射镜（2）的反射面均镀有射反射率大于99%的反射膜。
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