CN106644068A - 一种长光程光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种长光程光学系统，包括紫外光源和红外光源，所述光学系统还包括：准直单元，包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜之间设有第一二向色镜；红外光源经第一透镜准直、第一二向色镜透射后继续被第二透镜准直、进而传输，紫外光源经所述第一二向色镜反射、第二透镜准直、进而传输；聚焦单元，包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜和第四透镜之间设有第二二向色镜；经传输的红外光经第三透镜汇聚并透过第二二向色镜后继续被第四透镜聚焦后检测，紫外光经所述第二二向色镜反射后经第三透镜聚焦后检测；检测单元，所述检测单元包括第一检测器和第二检测器，分别检测红外光和紫外光。本发明具有结构简单、准直效果好等优点。

Description

一种长光程光学系统
技术领域
本发明涉及光学领域，特别涉及一种同时包含紫外波段光源和红外波段光源的长光程光学系统。
背景技术
在长光程光学系统中，通常同时包括紫外波段的光源(如波长为200-300nm的氘灯)和红外波段的光源(如波长为1330-1650nm的红外激光)，在上述两种波段光源同时存在的情况下，要保证整个光学系统的准直性难度很高。但是一旦整个光学系统的光路的准直不够理想，系统光程又长，则容易导致到达检测器的能量非常低，可能还不到光源能量的50％，甚至有些只有光源能量的20％-30％左右，无法达到检测的需求。
为了兼顾200-1650nm整个波段光源的准直效果，一般在紫外波段采用融石英、氟化钙和氟化镁等材料的透镜，但这几种材料的色散系数差别不大，给色差校正带来了一定的困难；一些采用多级光学系统、双胶合透镜甚至三胶合透镜的方式，但此方式成本高且光学系统复杂，可靠性差，光路系统难以固定和调试。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、准直效果好、装调方便、能量利用率高的紫外、红外双光源的长光程光学系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种长光程光学系统，包括紫外光源和红外光源，所述光学系统进一步包括：
准直单元，所述准直单元包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜之间设有第一二向色镜；红外光源经第一透镜准直并透过第一二向色镜后继续被第二透镜准直，进而传输，紫外光源经所述第一二向色镜反射后经第二透镜准直，进而传输；
聚焦单元，所述聚焦单元包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜和第四透镜之间设有第二二向色镜；传输后的红外光经第三透镜汇聚并透过第二二向色镜后继续被第四透镜聚焦后检测，传输后的紫外光经所述第二二向色镜反射后经第三透镜聚焦后检测；
检测单元，所述检测单元包括第一检测器和第二检测器，分别检测红外光和紫外光。
根据上述的长光程光学系统，优选地，所述准直单元和聚焦单元之间的传输光路上设有反射单元。
根据上述的长光程光学系统，可选地，所述反射单元包括反射镜和/或棱镜。
根据上述的长光程光学系统，优选地，所述红外光源和紫外光源位于所述第一二向色镜的异侧。
根据上述的长光程光学系统，优选地，所述第一检测器和第二检测器位于所述第二二向色镜的异侧。
根据上述的长光程光学系统，可选地，所述紫外光源为氘灯。
根据上述的长光程光学系统，可选地，所述红外光源为红外激光。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、本发明的紫外(200-300nm)波段采用单透镜准直，红外(1330-1650nm)波段采用两个单透镜准直且其中一个单透镜与紫外波段的单透镜共用，整个装置结构简单、体积小，利于加工和装调，成本低；对于长光程(10-20m)光路，同时满足深紫外和近红外波段，准直效果好。
2、本发明对长光程光路的准直效果好，有利于光路后端能量的汇聚，检测器收集效率一般在90％以上，降低了检出限。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是本发明实施例1的长光程光学系统的结构示意图。
实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
图1示意性地给出了本实施例的长光程光学系统的结构简图，如图1所示，所述长光程光学系统包括：红外光源11和紫外光源12，所述光学系统进一步包括：
准直单元，所述准直单元包括第一透镜21和第二透镜22，所述第一透镜和第二透镜之间设有第一二向色镜31；红外光源11经第一透镜21准直并透过第一二向色镜31后继续被第二透镜22准直；紫外光源经12所述第一二向色镜31反射后经第二透镜22准直；准直后的红外光与紫外光合成一束光，在长光程光路上传输；
聚焦单元，所述聚焦单元包括第三透镜51和第四透镜52，所述第三透镜和第四透镜之间设有第二二向色镜32；经长光程光路传输后的合束光经第三透镜汇聚后射入第二二向色镜32，红外光透过所述第二二向色镜32，并经第四透镜52进一步聚焦后进入检测单元检测，紫外光在所述第二二向色镜32表面发生反射后直接进入检测单元检测；
检测单元，所述检测单元包括第一检测器61和第二检测器62，分别检测红外光和紫外光。
红外光和紫外光准直后经过很长的光路传输后方到达聚焦单元，进而进行检测；为了减小装置整体体积，对长光程光路进行折叠，故：
进一步地，所述准直单元和聚焦单元之间的传输光路上设有反射单元4，所述反射单元包括反射镜和/或棱镜，反射镜和/或棱镜的数量根据光程的长度以及装置的体积决定。
为了减少光学器件，简化装置结构，故：
进一步地，所述红外光源和紫外光源位于所述第一二向色镜的异侧；所述第一检测器和第二检测器位于所述第二二向色镜的异侧。
本实施例的优势在于：1、紫外波段采用单透镜准直，红外波段采用两个单透镜准直且其中一个单透镜与紫外波段的单透镜共用，整个装置结构简单、装调方便、成本低、体积小，同时准直性好，光源能量在检测器的收集效率高，降低了检测器的检出限。
实施例2
本发明实施例1的长光程光学系统对深紫外、近红外双光源检测领域的应用例。
在该应用例中，光程为15m，所述红外光源为红外激光(波长为1330-1650nm)，紫外光源为氘灯(波长为200-300nm)，第一透镜和第二透镜为融石英准直透镜，第三透镜和第四透镜也为融石英聚焦透镜；二向色镜允许红外激光通过，而使氘灯光源反射；反射单元包括3个融石英材料的三棱镜，当然也可以采用镀膜的平面反射镜来代替。
本应用例的长光程光学系统的光路如下：
S1.红外激光依次经过融石英准直透镜准直，透过二向色镜后经第二个融石英准直透镜再次准直成为平行光；氘灯发出的紫外光经二向色镜反射、第二个融石英透镜准直成为平行光；
S2.准直后的红外激光与蓝光合成一束在光路上传输，经三棱镜多次反射后射入融石英聚焦透镜聚焦；
S3.聚焦后的合束光经第二个二向色镜分开，红外激光透过第二个二向透镜后再次经第二个融石英聚焦透镜聚焦后进入第一检测器检测；紫外光经第二个二向透镜反射后直接进入第二检测器检测。
经计算，上述光红外激光在第一检测器的收集效率为95.2％，氘灯光源在第二检测器的收集效率为90％。

Claims (7)

1.一种长光程光学系统，包括紫外光源和红外光源，其特征在于：所述光学系统进一步包括：
准直单元，所述准直单元包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜之间设有第一二向色镜；红外光源经第一透镜准直并透过第一二向色镜后继续被第二透镜准直，进而传输，紫外光源经所述第一二向色镜反射后经第二透镜准直，进而传输；
聚焦单元，所述聚焦单元包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜和第四透镜之间设有第二二向色镜；传输后的红外光经第三透镜汇聚并透过第二二向色镜后继续被第四透镜聚焦后检测，传输后的紫外光经所述第二二向色镜反射后经第三透镜聚焦后检测；
检测单元，所述检测单元包括第一检测器和第二检测器，分别检测红外光和紫外光。
2.根据权利要求1所述的长光程光学系统，其特征在于：所述准直单元和聚焦单元之间的传输光路上设有反射单元。
3.根据权利要求2所述的长光程光学系统，其特征在于：所述反射单元包括反射镜和/或棱镜。
4.根据权利要求1所述的长光程光学系统，其特征在于：所述红外光源和紫外光源位于所述第一二向色镜的异侧。
5.根据权利要求1所述的长光程光学系统，其特征在于：所述第一检测器和第二检测器位于所述第二二向色镜的异侧。
6.根据权利要求1所述的长光程光学系统，其特征在于：所述紫外光源为氘灯。
7.根据权利要求1所述的长光程光学系统，其特征在于：所述红外光源为红外激光。
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