CN106950707A - 一种光束耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光束耦合装置,包括:发射机构,所述发射机构设置有至少两个,所述发射机构用于光束的发射,且不同的所述发射机构用于发射不同的规定波长的光束;调节机构,设置在所述发射机构的光束发射方向上,所述调节机构用于光束的方向调节从而使所述发射机构发射的光束射向规定方向;合束机构,所述合束机构为色散棱镜且设置在所述调节机构的光束传输方向上,所述色散棱镜用于接收来自所述调节机构的全部光束,并调整不同波长光束的入镜角度从而使其折射出镜时合成一个整光束。该光束耦合装置通过其结构设计,能够有效实现不同波长光束的耦合。
Description
技术领域
本发明涉及光谱测量技术领域,更具体地说,特别涉及一种光束耦合装置。
背景技术
TDLAS是指可调谐二极管激光吸收光谱,是Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy的简称,该技术主要是利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量。TDLAS技术为一种高选择性、高分辨率的光谱技术,由于分子光谱的“指纹”特征,它不受其它气体的干扰。TDLAS技术是一种对所有在红外有吸收的活跃分子都有效的通用技术,同样的仪器可以方便的改成测量其它组分的仪器,只需要改变激光器和标准气。此外,TDLAS技术具有速度快,灵敏度高的优点。在不失灵敏度的情况下,其时间分辨率可以在ms量级。因此, TDLAS技术广泛应用于分子光谱研究、工业过程监测控制、燃烧过程诊断分析、发动机效率和机动车尾气测量、爆炸检测、大气中痕量污染气体监测等领域中。
TDLAS技术中,通常需要运用到激光检测技术,激光检测技术中,通常情况下一种激光器只能检测一种物质,为了能同时检测多种物质的浓度,需要将不同的激光器发出的不同波长的光束进行耦合。现有的光束耦合装置很多,但由于现有光束耦合装置结构设计上的局限性,现有光束耦合装置往往不能有效的实现光束的合束,光束的耦合效果差,极大影响了其后期的检测功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种光束耦合装置,该光束耦合装置通过其结构设计,能够有效实现不同波长光束的耦合,光束的能量损失小。
一种光束耦合装置,包括:
发射机构,所述发射机构设置有至少两个,所述发射机构用于光束的发射,且不同的所述发射机构用于发射不同的规定波长的光束;
调节机构,设置在所述发射机构的光束发射方向上,所述调节机构用于光束的方向调节从而使所述发射机构发射的光束射向规定方向;
合束机构,所述合束机构为色散棱镜且设置在所述调节机构的光束传输方向上,所述色散棱镜用于接收来自所述调节机构的全部光束,并调整不同波长光束的入镜角度从而使其折射出镜时合成一个整光束。
优选地,所述发射机构为激光发射器,所述调节机构为反射镜或棱镜或半透半反镜或光纤。
优选地,所述反射镜设置有至少两个,且所述反射镜与所述发射机构呈一一对应设置。
优选地,所述色散棱镜为三棱镜或直角棱镜或五角棱镜。
优选地,所述三棱镜包括入射面、主截面及出射面,其中,所述入射面用于接收所述调节机构传输来的光束且光束经所述入射面后第一次折射入镜,所述主截面用于第一次折射后光束在镜内的直线传输,所述出射面用于沿主截面传输来的光束的第二次折射出镜。
优选地,所述三棱镜设置有至少两个,所述三棱镜层层相间隔设置且上层的三棱镜的出射面与下层的三棱镜的入射面平行。
优选地,所述发射机构、所述调节机构及所述合束机构上均连接有位置调整机构。
优选地,所述调节机构与所述合束机构之间设置有中转反射镜,所述中转反射镜用于接收所述调节机构传输来的所有光束并使光束以规定角度射向所述合束机构。
优选地,所述中转反射镜的光束反射面为平行光束反射面,所述平行光束反射面用于将外部射向所述平行光束反射面的光束呈平行状态反射出。
优选地,所述激光发射器包括左侧激光发射器与右侧激光发射器,所述左侧激光发射器正下方设置有左反射镜,所述右侧激光发射器正下方设置有右反射镜,所述左反射镜与所述右反射镜中间位置处设置有中转反射镜,所述中转反射镜正下方设置有三棱镜。
优选地,所述三棱镜设置有两个且分别为上层三棱镜与下层三棱镜,所述上层三棱镜的出射面与所述下层三棱镜的入射面平行。
本发明的有益效果是:本发明提供的该光束耦合装置包括至少两个用于发射不同规定波长光束的发射机构,与发射机构一一对应设置的用于朝规定方向传输光束的调节机构,以及接收调节机构所传输的全部光束并将其合成一个整光束的色散棱镜,通过本装置巧妙的布局,不同波长的光束只需按照规定路线传输便可以合成一个整光束,从而能有效实现不同波长光束的耦合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1和图2为本发明实施例1所公开的光束耦合装置的光学原理图;
图3为本发明实施例1所公开的光束耦合装置的结构示意图;
图4为本发明实施例2所公开的光束耦合装置的结构示意图;
图5为本发明实施例3所公开的光束耦合装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
实施例1:
参见图1至图3,图1至图3提供了本发明一种光束耦合装置的具体实施例,其中,图1和图2为本发明实施例1所公开的光束耦合装置的光学原理图;图3为本发明实施例1所公开的光束耦合装置的结构示意图。
如图1至图3所示,本发明提供的一种光束耦合装置巧妙的利用光束的反射与折射原理,构建了由发射机构、调节机构及合束机构组成的光束耦合装置,能有效实现不同波长光束的耦合,光束的能量损失小。
本实施例中,折射原理如图1和图2所示,图1中,一整束含有波长λ1和λ2的光束,从色散棱镜左侧射入再从色散棱镜右侧射出时,该光束会分成上下两束分光束,两束分光束分别对应波长λ1和λ2。
如此,根据光路可逆原理,如果有一束波长为λ1的光束和一束波长为λ2的光束分别从上述图1出射光λ1和λ2的出射方向反向进入色散棱镜,那么在色散棱镜的左侧出射的两束光束将重合为一束整的光束,此即为图2。
本方案的光束耦合装置包括发射机构,发射机构设置有至少两个,发射机构用于光束的发射,且不同的发射机构用于发射不同的规定波长的光束。本实施例中,发射机构为激光发射器,且激光发射器设置有两个,分别为左侧上方的左侧激光发射器1与右侧上方的右侧激光发射器2,其中,左侧激光发射器1与右侧激光发射器2所发射的光束波长由检测中所需的光束波长决定。
调节机构设置在发射机构的光束发射方向上,调节机构用于将其所对应的发射机构发射的光束朝规定方向传输。本实施例中,调节机构优选为反射镜且反射镜设置有两个,分别为设置在左侧激光发射器 1正下方的左侧反射镜3以及设置在右侧激光发射器2正下方的右侧反射镜4。
具体的,所述反射镜设置有至少两个,且所述反射镜与所述发射机构呈一一对应设置。从而每个反射镜对应调整一个不同发射机构多发射来的光束,更方便光束方向的调整。
当然,调节机构也可以为棱镜或半透半反镜或光纤。
合束机构为色散棱镜且设置在调节机构的光束传输方向上,色散棱镜用于接收调节机构所传输来的全部光束,并调整不同波长光束的入镜角度从而使其折射出镜时合成一个整光束。本实施例中,色散棱镜选用了三棱镜5。三棱镜5设置在左侧反射镜3与右侧反射镜4中部下方处。
当然,色散棱镜也可以选用直角棱镜或五角棱镜。
具体设置过程中,根据左侧激光发射器1与右侧激光发射器2所发射的光束波长的不同,调整左侧反射镜3、右侧反射镜4及三棱镜5 之间的位置,以确保不同光束与其各自折射率匹配的位置进入三棱镜 5,最终折射出镜时合成一个整的光束。
本发明提供的该光束耦合装置通过本装置巧妙的布局,不同波长的光束只需按照规定路线传输便可以合成一个整光束,从而能有效实现不同波长光束的耦合。
此外,本实施例中的装置巧妙的利用光束本身反射及折射的物理特性,使不同波长的光束只需按照规定路线经过反射及折射便可以合成一个整光束,不需要对光束进行其他处理,从而能在有效减小光束能量损失的前提下实现不同波长光束的有效耦合。
实际操作中,波长间隔越大的两束光束越易实现耦合,另外在选择色散棱镜的时候尽量选择阿贝数较小的棱镜,以更易实现多波长光束的合束。
整体而言,本实施例提供的该光束耦合装置对多波长光束的耦合度高,在合束的同时,对光路具有缩束整形的作用;在整个合束过程中,未使用狭缝、透镜之类的对光能量损耗较大的元件,极大地保存了光束的能量;此外,本发明合束后的光束直径较小,极易兼容进其他检测系统中,基本不受尺寸限制。
本实施例中,为方便光束经折射后合成一个整的光束,三棱镜5 包括入射面501、主截面502及出射面503,其中,入射面501用于接收调节机构传输来的光束,且光束经入射面501后第一次折射入镜;主截面502用于第一次折射后光束在镜内的直线传输;出射面503用于沿主截面502传输来的光束的第二次折射出镜。
本实施例中,为方便发射机构、调节机构及合束机构位置的调整,从而确保发射机构所发射的不同波长的光束经调节机构与合束机构处理后都可以合成一束整的光束,优选地,发射机构、调节机构及合束机构上均连接有位置调整机构6。具体实施中,位置调整机构6用于调整发射机构、调节机构、合束机构三者与水平面的夹角和相互之间的距离,从而调整光束的入射方向、传输方向及折射方向。
实施例2:
参见图4,图4提供了本发明一种光束耦合装置的另一种具体实施例,其中,图4为本发明实施例2所公开的光束耦合装置的结构示意图。
本实施例的其它部分与实施例1相同,不同之处在于,为进一步方便控制不同的光束以规定的角度射向合束机构,调节机构与合束机构之间设置有中转反射镜7,中转反射镜7用于接收所述调节机构传输来的所有光束并将光束以规定角度射向所述合束机构。
本实施例中,发射机构为激光发射器,包括左侧激光发射器1与右侧激光发射器2,左侧激光发射器1正下方设置有左反射镜3,右侧激光发射器2正下方设置有右反射镜4,左反射镜3与右反射镜4中间位置处设置有中转反射镜7,中转反射镜7正下方设置有三棱镜5。
具体操作中,首先根据左侧激光发射器1与右侧激光发射器2发射的光束的波长关系,规定好左侧激光发射器1所发射光束与三棱镜 5的夹角,同时调节左反射镜3使之满足该夹角;
其次通过调节右反射镜4来改变右侧激光发射器2发射的光束的传输方向,使之通过三棱镜5后出射光与左侧激光发射器1所发射光束的出射光平行;
最后再通过调节中转反射镜7及三棱镜5的距离实现两出射光束的重合,并调节左侧激光发射器1发射光束与三棱镜5的夹角为合适值,以实现光束直径的缩小整形。
实施例3:
参见图5,图5提供了本发明一种光束耦合装置的第三种具体实施例,其中,图5为本发明实施例3所公开的光束耦合装置的结构示意图。
本实施例的其它部分与实施例2相同,不同之处在于,三棱镜设 5置有至少两个,三棱镜5层层相间隔设置且上层的三棱镜的出射面与下层的三棱镜的入射面平行。
本实施例中,三棱镜5设置有两个且分别为上层三棱镜与下层三棱镜,上层三棱镜的出射面与下层三棱镜的入射面平行。从而更方便光束经多次折射后合成一个整的光束。
本实施例中,为进一步方便光束的合成,中转反射镜7的光束反射面为平行光束反射面,平行光束反射面用于将外部射向所述平行光束反射面的光束呈平行状态反射出。
以上对本发明所提供的一种光束耦合装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (11)
1.一种光束耦合装置,其特征在于,包括:
发射机构,所述发射机构设置有至少两个,所述发射机构用于光束的发射,且不同的所述发射机构用于发射不同的规定波长的光束;
调节机构,设置在所述发射机构的光束发射方向上,所述调节机构用于光束的方向调节从而使所述发射机构发射的光束射向规定方向;
合束机构,所述合束机构为色散棱镜且设置在所述调节机构的光束传输方向上,所述色散棱镜用于接收来自所述调节机构的全部光束,并调整不同波长光束的入镜角度从而使其折射出镜时合成一个整光束。
2.根据权利要求1所述的光束耦合装置,其特征在于,所述发射机构为激光发射器,所述调节机构为反射镜或棱镜或半透半反镜或光纤。
3.根据权利要求2所述的光束耦合装置,其特征在于,所述反射镜设置有至少两个,且所述反射镜与所述发射机构呈一一对应设置。
4.根据权利要求1所述的光束耦合装置,其特征在于,所述色散棱镜为三棱镜或直角棱镜或五角棱镜。
5.根据权利要求4所述的光束耦合装置,其特征在于,所述三棱镜包括入射面、主截面及出射面,其中,所述入射面用于接收所述调节机构传输来的光束且光束经所述入射面后第一次折射入镜,所述主截面用于第一次折射后光束在镜内的直线传输,所述出射面用于沿主截面传输来的光束的第二次折射出镜。
6.根据权利要求4或5所述的光束耦合装置,其特征在于,所述三棱镜设置有至少两个,所述三棱镜层层相间隔设置且上层的三棱镜的出射面与下层的三棱镜的入射面平行。
7.根据权利要求1所述的光束耦合装置,其特征在于,所述发射机构、所述调节机构及所述合束机构上均连接有位置调整机构。
8.根据权利要求1所述的光束耦合装置,其特征在于,所述调节机构与所述合束机构之间设置有中转反射镜,所述中转反射镜用于接收所述调节机构传输来的所有光束并使光束以规定角度射向所述合束机构。
9.根据权利要求8所述的光束耦合装置,其特征在于,所述中转反射镜的光束反射面为平行光束反射面,所述平行光束反射面用于将外部射向所述平行光束反射面的光束呈平行状态反射出。
10.根据权利要求2所述的光束耦合装置,其特征在于,所述激光发射器包括左侧激光发射器与右侧激光发射器,所述左侧激光发射器正下方设置有左反射镜,所述右侧激光发射器正下方设置有右反射镜,所述左反射镜与所述右反射镜中间位置处设置有中转反射镜,所述中转反射镜正下方设置有三棱镜。
11.根据权利要求10所述的光束耦合装置,其特征在于,所述三棱镜设置有两个且分别为上层三棱镜与下层三棱镜,所述上层三棱镜的出射面与所述下层三棱镜的入射面平行。
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