CN105259608B - 滞留式分光装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滞留式分光装置及方法，所述装置包括反射膜腔体、第一输出光导和第二输出光导；所述反射膜腔体用于分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，用于采集并输出照射到所述第一输出光导的第一光信号；所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上，用于采集并输出照射到所述第二输出光导的第二光信号。本发明通过设置反射率较高的反射膜腔体对光信号进行分离，得到反射的第一光信号和透射的第二光信号，并分别设置输出光导进行采集输出，从而实现高分光比，并进一步通过改变光导面积对分光比进行调节。

Description

滞留式分光装置及方法
技术领域
本申请涉及光强分配技术领域，具体涉及一种滞留式分光装置及方法。
背景技术
根据波长的不同，电磁波可以分为X射线、紫外线、可见光、红外线，无线电波等。可见光是指波长范围在400nm～760nm之间的电磁波。可见光不需要借助仪器，可以被人肉眼直接识别。光可以看作是光量子或者光子，光强就是指光子的数量，分光就是将一束光的光子分成等比或者不等比的两个部分的技术。
对于可见光，常见的分光方法有两种：
第一种方法是采用光纤融合的方式，即利用加热的方式将两根光纤一端融结在一起，形成一种类似“Y”型的分叉结构。使用时，入射光沿着融结的一端输入，自分叉的两端输出，通过改变两根光纤的直径或者融结程度就可以改变两根光纤输出的光强大小，从而实现不同比例的分光效果。
第二种方法是分光镜技术。分光镜技术的原理是利用光照射到透镜表面时会产生透射和反射效应。利用这种效应，入射光在经过透镜之后就会分成透射光和反射光两束输出光。通过在透镜表面镀膜可以对透射率和反射率进行调整，从而改变透射光和反射光的光强比例，实现分光效果。
上述两种常见的可见光分光技术，其缺点有以下几个方面：
第一是分光范围有限，光纤融结技术一般只能实现1：10以内的分光比，分光镜技术虽然可以实现更高比例的分光，但效果并不理想，并且当分光比超出1：90的范围之后，就无能为力。
第二是技术实现难度大，无论是光纤融结技术还是分光镜镀膜技术，要实现比较大比例的分光效果，相应的技术加工难度会非常大，失败率也比较高。
第三是加工成本高，一块1：90比例的分光镜其市场售价在700元以上，而利用光纤融结技术制作的分叉型光纤分光结构其造价也超过百元。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种分光比范围较宽、分光比较高、成本较低的滞留式分光装置及方法。
第一方面，本发明提供一种滞留式分光装置，包括反射膜腔体、第一输出光导和第二输出光导；
所述反射膜腔体用于分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；
所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，用于采集并输出照射到所述第一输出光导的第一光信号；
所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上，用于采集并输出照射到所述第二输出光导的第二光信号。
第二方面，本发明还提供一种滞留式分光方法，包括：
反射膜腔体分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；
第一输出光导采集并输出照射到所述第一输出光导的所述第一光信号；
第二输出光导采集并输出照射到所述第二输出光导的所述第二光信号；
其中，所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上。
本发明诸多实施例提供的滞留式分光装置及方法通过设置反射率较高的反射膜腔体，对入射腔体的光信号进行分离，得到反射的第一光信号和透射的第二光信号，并分别设置第一输出光导和第二输出光导采集输出第一光信号和第二光信号，从而实现对可见光进行高分光比的分光；
本发明一些实施例提供的滞留式分光装置及方法通过在反射膜腔体内设置光介质体，减少了光信号的传播损耗，且光介质体的常规选择透明晶体等材料均具有成本较低的优点；
本发明一些实施例提供的滞留式分光装置及方法通过采用ESR反射膜制作反射膜腔体，利用ESR反射膜高达98％的反射率实现了一比数百量级的高分光比，且ESR反射膜具有成本较低的优点；
本发明一些实施例提供的滞留式分光方法通过增加第一光信号采集单元的面积或减小第二光信号采集单元的面积增大分光比，通过减小第一光信号采集单元的面积或增加第二光信号采集单元的面积减小分光比，从而实现对分光比进行调节。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例所提供的滞留式分光装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例所提供的滞留式分光方法的流程图。
图3为图2所示滞留式分光方法中步骤S50的流程图。
图4为图2所示滞留式分光方法中步骤S70的流程图。
图5为图2所示滞留式分光方法的优选实施例的流程图。
图6为图5所示滞留式分光方法的优选实施例的流程图。
图7为图6所示滞留式分光方法的一优选实施例的流程图。
图8为图6所示滞留式分光方法的另一优选实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1为本发明一实施例所提供的滞留式分光装置的结构示意图。
如图1所示，在本实施例中，本发明所提供的滞留式分光装置包括反射膜腔体10、第一输出光导20和第二输出光导30。
反射膜腔体10用于分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在反射膜腔体10内传播的第一光信号和透射后向反射膜腔体10外传播的第二光信号。
第一输出光导20设置在反射膜腔体10内，用于采集并输出照射到第一输出光导20的第一光信号。
第二输出光导30设置在反射膜腔体10的外表面上，用于采集并输出照射到第二输出光导30的第二光信号。
具体地，当所述光信号照射到反射膜腔体10的腔体内壁上时，所述光信号中绝大部分的光子被反射，形成第一光信号继续在反射膜腔体10中传播，剩余的小部分光子透射出反射膜腔体10，形成第二光信号向外传播，其中反射与透射的比例由反射膜的材料性质决定。
所述第一光信号继续在反射膜腔体10中传播，一部分照射到第一输出光导20上，由第一输出光导20采集并输出；另一部分照射到反射膜腔体10的腔体内壁上，循环进行反射-透射的分离过程，直至反射膜腔体10内的所有光信号都被第一输出光导20采集并输出，或透射出反射膜腔体10。
所述第二光信号一部分照射到第二输出光导30上，由第二输出光导30采集并输出；另一部分向外传播。
如图1所示，在本实施例中，反射膜腔体10为正方体结构，在更多的实施例中，根据不同的需求，反射膜腔体10可设置为反射膜制成的长方体、锥体、球体等各种不同的多面体、曲面体或不规则形状，只要形成一个基本封闭的折射-透射分离环境，即可实现相同的技术效果，没有超出本技术方案的保护范围。
上述实施例通过设置反射率较高的反射膜腔体，对入射腔体的光信号进行分离，得到反射的第一光信号和透射的第二光信号，并分别设置第一输出光导和第二输出光导采集输出第一光信号和第二光信号，从而实现对可见光进行较高分光比的分光。
在一优选实施例中，第一输出光导20包括：
第一光信号采集单元21，设置在反射膜腔体10内，用于采集照射到第一光信号采集单元21上的第一光信号；
第一输出单元22，一端与第一光信号采集单元21连接，另一端伸出反射膜腔体10，用于输出第一光信号采集单元21采集的第一光信号。
第二输出光导30包括：
第二光信号采集单元31，设置在反射膜腔体10的外表面上，用于采集照射到第二光信号采集单元31上的第二光信号；
第二输出单元32，与第二光信号采集单元31连接，用于输出第二光信号采集单元31采集的第二光信号。
在一优选实施例中，所述滞留式分光装置还包括设置在反射膜腔体10内的光介质体40，光介质体40用于作为所述光信号的传播媒介，减少所述光信号的传播损耗。
第一光信号采集单元21设置在光介质体40上。
具体地，在本实施例中，光介质体40为透明晶体，以透明晶体代替空气作为光信号的传播媒介，可以降低光信号在反射膜腔体10内反复反射传播所造成的损耗。在更多实施例中，光介质体40还可以为塑料闪烁体、有机塑料、CsI材料等不同材料，只要所选用材料传播光的损耗率低于光在空气中传播的损耗率，即可实现同样的技术效果，未超出本技术方案的保护范围。
上述实施例通过在反射膜腔体内设置光介质体，减少了光信号的传播损耗，且光介质体的常规选择透明晶体等材料均具有成本较低的优点。
在一优选实施例中，第一光信号采集单元21填充整个反射膜腔体10。
具体地，当需要实现极高的分光比时，例如一比数百乃至更高的分光比，可以无需单独设置一个光介质体，将第一光信号采集单元21作为光介质体填充整个反射膜腔体10。光信号入射反射膜腔体10后，绝大部分的光信号被第一光信号采集单元21采集并输出。而由于第一光信号采集单元21对穿过自身的光信号的采集率达不到100％，会有极小一部分的光信号穿过第一光信号采集单元21，照射到腔体内壁上并发生反射和透射的分离效应。由于光信号穿过第一光信号采集单元21的比例和透射出反射膜腔体10的比例均非常低，因此本实施例可实现非常高的分光比。
在一优选实施例中，第二输出光导30的表面上覆盖有反射膜结构，用于反射透射出第二输出光导30的第二光信号。
具体地，透射出反射膜腔体10后照射到第二输出光导30上的第二光信号不会完全被第二输出光导30吸收，会有少量的第二光信号透射出第二输出光导30。通过在第二输出光导30的外表面设置反射膜结构对这部分第二光信号进行反射，可以增大第二输出光导30对第二光信号的采集率，从而减小分光比。
在一优选实施例中，所述滞留式分光装置还包括设置在反射膜腔体10表面上的入射光引入孔11，用于向反射膜腔体10引入所述光信号。
在一优选实施例中，反射膜腔体10由同时具有反射和透射效应的反射材料制成。具体地，在本实施例中，所述反射材料为ESR反射膜，由于ESR反射膜的反射率高达98％以上，因此足以实现较高的分光比。在更多的实施例中，根据不同的分光率需求，可选用聚四氟乙烯(Teflon)等不同材料制作反射膜腔体10，只要使用的材料能实现固定比例的反射-透射效应的分光效果，即可实现同样的技术效果，未超出本技术方案的保护范围。
上述实施例通过采用ESR反射膜制作反射膜腔体，利用ESR反射膜高达98％的反射率实现了一比数百量级的高分光比，且ESR反射膜具有成本较低的优点。
图2为本发明一实施例所提供的滞留式分光方法的流程图。
如图2所示，在本实施例中，本发明提供的滞留式分光方法包括：
S30：反射膜腔体分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；
S50：第一输出光导采集并输出照射到所述第一输出光导的所述第一光信号；
S70：第二输出光导采集并输出照射到所述第二输出光导的所述第二光信号；
其中，所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上。
图3和图4分别为图2所示滞留式分光方法中步骤S50和步骤S70的流程图。
如图3和图4所示，在一优选实施例中，步骤S50包括：
S51：第一光信号采集单元采集照射到所述第一光信号采集单元上的第一光信号；
S53：第一输出单元输出所述第一光信号采集单元采集的第一光信号。
其中，所述第一光信号采集单元设置在所述反射膜腔体内，所述第一输出单元一端与所述第一光信号采集单元连接，另一端伸出所述反射膜腔体。
步骤S70包括：
S71：第二光信号采集单元采集照射到所述第二光信号采集单元上的第二光信号；
S73：第二输出单元输出所述第二光信号采集单元采集的第二光信号。
其中，所述第二光信号采集单元设置在所述反射膜腔体的外表面上，所述第二输出单元与所述第二光信号采集单元连接。
在一优选实施例中，所述反射膜腔体内设有光介质体，所述光介质体用于作为所述光信号的传播媒介，减少所述光信号的传播损耗。所述第一光信号采集单元设置在所述光介质体上。
在一优选实施例中，所述第一光信号采集单元填充整个所述反射膜腔体。
图5为图2所示滞留式分光方法的优选实施例的流程图。
如图5所示，步骤S30之前还包括：
S20：入射光引入孔向反射膜腔体引入光信号。
其中，所述入射光引入孔设置在所述反射膜腔体表面上。
图6为图5所示滞留式分光方法的优选实施例的流程图。
如图6所示，在一优选实施例中，步骤S70之前还包括：
S60：反射膜结构反射透射出所述第二输出光导的第二光信号。
其中，所述反射膜结构覆盖在所述第二输出光导的外表面上。
图7为图6所示滞留式分光方法的一优选实施例的流程图。
如图6所示，在一优选实施例中，当需要增大分光比时，在步骤S20之前还包括调节分光比的步骤：
S11：增加第一光信号采集单元的面积，和/或，减小第二光信号采集单元的面积，和/或，减小所述反射膜结构的面积。
具体地，当需要增大分光比时，可以选择增加第一光信号采集单元的面积、减小第二光信号采集单元的面积或减小覆盖在第二光导外的反射膜结构的面积；当需要大幅增大分光比时可以同时增加第一光信号采集单元的面积、减小第二光信号采集单元的面积和覆盖在第二光导外的反射膜结构的面积，再配合本实施例中ESR反射膜高达98％的反射率，可以实现一比数百乃至更高的分光率。
在本实施例中，所述光介质体为正方体，所述增加第一光信号采集单元的面积还包括在正方体的多个面上设置多个与第一光信号采集单元连接的第一光信号采集单元。
图8为图6所示滞留式分光方法的另一优选实施例的流程图。
如图7所示，在另一优选实施例中，当需要减小分光比时，在步骤S20之前还包括调节分光比的步骤：
S12：减小第一光信号采集单元的面积，和/或，增加第二光信号采集单元的面积，和/或，增加所述反射膜结构的面积。
具体地，当需要减小分光比时，可以选择减小第一光信号采集单元的面积、增加第二光信号采集单元的面积或增加覆盖在第二光导外的反射膜结构的面积；当需要大幅减小分光比时可以同时减小第一光信号采集单元的面积、增加第二光信号采集单元的面积并增加覆盖在第二光导外的反射膜结构的面积，再配合本实施例中ESR反射膜98％的反射率，可以实现最低一比十的分光率。
在本实施例中，所述反射膜腔体为正方体，所述增加第二光信号采集单元的面积还包括在正方体的多个面上设置多个与第二光信号采集单元连接的第二光信号采集单元。
综上所述，通过改变光信号采集单元的面积，本发明上述技术方案可实现一比十至一比数百的大范围分光比调节。
上述实施例通过增加第一光信号采集单元的面积或减小第二光信号采集单元的面积增大分光比，通过减小第一光信号采集单元的面积或增加第二光信号采集单元的面积减小分光比，从而通过改变光信号采集单元的面积实现对分光比进行调节。
在一优选实施例中，反射膜腔体10由同时具有反射和透射效应的反射材料制成。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (15)

1.一种滞留式分光装置，其特征在于，包括反射膜腔体、第一输出光导和第二输出光导；
所述反射膜腔体用于分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；
所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，用于采集并输出照射到所述第一输出光导的第一光信号；
所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上，用于采集并输出照射到所述第二输出光导的第二光信号。
2.根据权利要求1所述的滞留式分光装置，其特征在于，所述第一输出光导包括：
第一光信号采集单元，设置在所述反射膜腔体内，用于采集照射到所述第一光信号采集单元上的第一光信号；
第一输出单元，一端与所述第一光信号采集单元连接，另一端伸出所述反射膜腔体，用于输出所述第一光信号采集单元采集的第一光信号；
所述第二输出光导包括：
第二光信号采集单元，设置在所述反射膜腔体的外表面上，用于采集照射到所述第二光信号采集单元上的第二光信号；
第二输出单元，与所述第二光信号采集单元连接，用于输出所述第二光信号采集单元采集的第二光信号。
3.根据权利要求2所述的滞留式分光装置，其特征在于，还包括设置在所述反射膜腔体内的光介质体，所述光介质体用于作为所述光信号的传播媒介，减少所述光信号的传播损耗；
所述第一光信号采集单元设置在所述光介质体上。
4.根据权利要求2所述的滞留式分光装置，其特征在于，所述第一光信号采集单元填充整个所述反射膜腔体。
5.根据权利要求1所述的滞留式分光装置，其特征在于，所述第二输出光导的外表面上覆盖有反射膜结构，用于反射透射出所述第二输出光导的第二光信号。
6.根据权利要求1-5任一项所述的滞留式分光装置，其特征在于，还包括设置在所述反射膜腔体表面上的入射光引入孔，用于向所述反射膜腔体引入所述光信号。
7.根据权利要求1-5任一项所述的滞留式分光装置，其特征在于，所述反射膜腔体由同时具有反射和透射效应的反射材料制成。
8.一种滞留式分光方法，其特征在于，包括：
反射膜腔体分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号；
第一输出光导采集并输出照射到所述第一输出光导的所述第一光信号；
第二输出光导采集并输出照射到所述第二输出光导的所述第二光信号；
其中，所述第一输出光导设置在所述反射膜腔体内，所述第二输出光导设置在所述反射膜腔体的外表面上。
9.根据权利要求8所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述第一输出光导采集并输出照射到所述第一输出光导的所述第一光信号包括：
第一光信号采集单元采集照射到所述第一光信号采集单元上的第一光信号；
第一输出单元输出所述第一光信号采集单元采集的第一光信号；
其中，所述第一光信号采集单元设置在所述反射膜腔体内，所述第一输出单元一端与所述第一光信号采集单元连接，另一端伸出所述反射膜腔体；
所述第二输出光导采集并输出照射到所述第二输出光导的所述第二光信号包括：
第二光信号采集单元采集照射到所述第二光信号采集单元上的第二光信号；
第二输出单元输出所述第二光信号采集单元采集的第二光信号；
其中，所述第二光信号采集单元设置在所述反射膜腔体的外表面上，所述第二输出单元与所述第二光信号采集单元连接。
10.根据权利要求9所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述反射膜腔体内设有光介质体，所述光介质体用于作为所述光信号的传播媒介，减少所述光信号的传播损耗；
所述第一光信号采集单元设置在所述光介质体上。
11.根据权利要求9所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述第一光信号采集单元填充整个所述反射膜腔体。
12.根据权利要求9所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述反射膜腔体分离照射到腔体内壁的光信号，得到反射后在所述反射膜腔体内传播的第一光信号和透射后向所述反射膜腔体外传播的第二光信号之前还包括：
入射光引入孔向反射膜腔体引入光信号；
其中，所述入射光引入孔设置在所述反射膜腔体表面上。
13.根据权利要求12所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述第二输出光导采集并输出照射到所述第二输出光导的所述第二光信号之前还包括：
反射膜结构反射透射出所述第二输出光导的第二光信号；
其中，所述反射膜结构覆盖在所述第二输出光导的外表面上。
14.根据权利要求13所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述入射光引入孔向反射膜腔体引入光信号之前还包括以下其中一项：
当需要增大分光比时，增加第一光信号采集单元的面积，和/或，减小第二光信号采集单元的面积，和/或，减小所述反射膜结构的面积；
当需要减小分光比时，减小第一光信号采集单元的面积，和/或，增加第二光信号采集单元的面积，和/或，增加所述反射膜结构的面积。
15.根据权利要求8-14任一项所述的滞留式分光方法，其特征在于，所述反射膜腔体由同时具有反射和透射效应的反射材料制成。
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