CN107678156A - 光学结构及延迟装置 - Google Patents

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丁庆
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Abstract

本发明公开一种光学结构，包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜包括第一本体及凹陷设于所述第一本体的第一直角部，所述第一直角部包括相互面对的第一镜面及第二镜面，所述第二反射镜包括第二本体及凹陷设于所述第二本体的第二直角部，所述第二直角部包括相互面对的第三镜面及第四镜面，所述第一直角部与所述第二直角部在第一方向上间隔相对设置，所述第一直角部与所述第二直角部沿与所述第一方向相交的第二方向错开一定的间距，光线沿所述第一方向射入所述第一反射镜或所述第二反射镜。本发明提供的光学结构，当需要加大光程时，不需要增加光学结构的体积。本发明还公开一种包括上述光学结构的延迟装置。

Description

光学结构及延迟装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光学结构及延迟装置。
背景技术
光学仪器是仪器仪表行业中非常重要的组成类别，是工农业生产、资源勘探、空间探索、科学实验、国防建设以及社会生活各个领域中不可缺少的观察、测试、分析、控制、记录和传递的工具。
在光学仪器中，很多地方需要加长光程，比如在激光气体检测中，需要加长光程，增强气体对光的吸收，从而增加气体检测的灵敏度。在激光气体检测领域中应用最广泛的为怀特池与赫里奥特池，但是怀特池与赫里奥特池一旦设计好后，光程就不可以改变。
又比如在太赫兹时域光谱仪中，其延迟装置需要使光程进行实时改变，但是延迟装置所能延迟的光程由音圈电机的行程决定，如果要加大光程的长度则必须加大音圈电机的行程，从而要增加音圈电机的体积。
发明内容
基于此，有必要针对传统的光学结构在具有可调的前提下，如果要加大光程则相应的光程结构的体积会增加的问题，提供一种可调且在需要加大光程时不会造成光学结构的体积相应增加的光学结构及延迟装置。
一种光学结构，包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜包括第一本体及凹陷设于所述第一本体的第一直角部，所述第一直角部包括相互面对的第一镜面及第二镜面，所述第二反射镜包括第二本体及凹陷设于所述第二本体的第二直角部，所述第二直角部包括相互面对的第三镜面及第四镜面，所述第一直角部与所述第二直角部在第一方向上间隔相对设置，所述第一直角部与所述第二直角部沿与所述第一方向相交的第二方向错开一定的间距，光线沿所述第一方向射入所述第一反射镜或所述第二反射镜。
本发明提供的光学结构，光线无论是从第一反射镜还是从第二反射镜射入时，光线会在第一反射镜与第二反射镜之间来回反射，最后射出，则如果改变第一直角部与第二直角部在第一方向上的间距和/或改变第一直角部与第二直角部沿第二方向的间距，那么光程会相应变化；且如果需要加大光程时，可以固定第一直角部与第二直角部在第一方向上的间距，缩小第一直角部与第二直角部在第二方向上错开的间距即可，不需要增加光学结构的体积。
在其中一个实施例中，所述第一反射镜与所述第二反射镜形状相同，所述第一本体及所述第二本体均为长方体结构，所述第一直角部凹陷设于所述第一本体一端的中部，所述第二直角部凹陷设于所述第二本体一端的中部。
在其中一个实施例中，所述第一镜面及所述第二镜面分别从所述第一本体在所述第二方向的中部延伸至所述第一本体在所述第二方向上对应两侧的边缘，所述第三镜面及所述第四镜面分别从所述第二本体在所述第二方向的中部延伸至所述第二本体在所述第二方向上对应两侧的边缘。
在其中一个实施例中，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
在其中一个实施例中，所述第一反射镜绕所述第二方向相对于所述第二反射镜旋转一预设角度设置。
在其中一个实施例中，所述光学结构还包括用于引入入射光于所述光学结构的第三反射镜及用于引出所述光学结构的反射光的第四反射镜。
在其中一个实施例中，所述第三反射镜与所述第四反射镜均位于靠近所述第一反射镜或靠近所述第二反射镜的同一端。
在其中一个实施例中，所述第三反射镜与所述第四反射镜均位于所述第一反射镜与所述第二反射镜的中间。
在其中一个实施例中，所述第三反射镜的镜面与所述第一反射镜的第一镜面或第二镜面平行设置，所述第四反射镜的镜面与所述第二反射镜的第三镜面或第四镜面平行设置。
一种延迟装置，包括磁铁、线圈及如上述所述的光学结构，所述线圈设于所述磁铁内，所述光学结构设于所述线圈上。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的光学结构的轴测图；
图2为图1中所提供的光学结构的俯视图；
图3为图1中所提供的光学结构的第一反射镜的旋转示意图；
图4为图1中所提供的光学结构的正视图；
图5为本发明一实施例提供的延迟装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参阅图1及图2，本发明一实施例提供一种光学结构10，包括第一反射镜12与第二反射镜14，第一反射镜12包括第一本体122及凹陷设于第一本体122的第一直角部124，第一直角部124包括相互面对的第一镜面126及第二镜面128，第二反射镜14包括第二本体142及凹陷设于第二本体142的第二直角部144，第二直角部144包括相互面对的第三镜面146及第四镜面148，第一直角部124与第二直角部144在第一方向上间隔相对设置，第一直角部124与第二直角部144沿与第二方向相交的第二方向错开一定的间距，光线沿第一方向射入第一反射镜12或第二反射镜14。
本发明实施例提供的光学结构10，光线沿第一方向无论是从第一反射镜12还是从第二反射镜14射入时，光线会在第一反射镜12与第二反射镜14之间来回反射，最后射出，则如果改变第一直角部124与第二直角部144在第一方向上的间距和/或改变第一直角部124与第二直角部144沿第二方向的间距，那么光程会相应变化；且如果需要加大光程时，可以固定第一直角部124与第二直角部144在第一方向上的间距，缩小第一直角部124与第二直角部144在第二方向上错开的间距即可，不需要增加光学结构10的体积。
具体地，上述第一方向即为光线与第一反射镜12或第二反射镜14的镜面呈45°的方向。
进一步，第一反射镜12与第二反射镜14形状相同，第一本体122及第二本体142均为长方体结构，第一直角部124凹陷设于第一本体122一端的中部，第二直角部144凹陷设于第二本体142一端的中部。在其他实施例中，第一本体122及第二本体142还可以为其他结构，如圆柱体结构。
具体地，第一镜面126及第二镜面128分别从第一本体122在第二方向的中部延伸至第一本体122在第二方向上对应两侧的边缘，第三镜面146及第四镜面148分别从第二本体142在第二方向的中部延伸至第二本体142在第二方向上对应两侧的边缘。
进一步，第一方向与第二方向垂直设置，以直角空间坐标系为标准，下面以第一方向为X方向，第二方向为Y方向进行介绍。
当第一方向与第二方向垂直设置时，光线沿第一方向射入第一反射镜12与第二反射镜14时，光线会在第一反射镜12与第二反射镜14之间沿第二方向Y来回反射。
具体地，当第一反射镜12或第二反射镜14沿第二方向Y上的长度为b时，第一反射镜12与第二反射镜14在第二方向Y上错开的间距为d时，第一反射镜12与第二反射镜14在第一方向的间距为L时，光的最大反射次数与最大光程可以由以下公式计算：
Nmax＝[b/(2*d)]........................1
Smax＝Nmax*L.........................2
其中，Nmax是光的最大反射次数，Smax是最大光程。
参阅图3及图4，进一步，第一反射镜12绕第二方向Y相对于第二反射镜14旋转一预设角度e设置。预设角度e可以保证多次反射的光线在Z轴方向错开，光线的间距变大，方便安装其他反射镜，以将光线引入第一反射镜12或第二反射镜14及将光线引出第一反射镜12或第二反射镜14。预设角度e必须调整到小于某个值才能使光线完全反射Nmax次，该值计算较复杂，可以实际调试。
在实际应用中，在激光信号强度满足需求的情况下，第一反射镜12与第二反射镜14在第一方向X的间距为L可以调整到任意长，只要改变第一反射镜12与第二反射镜14之间的距离，便可以延长光程。
如在可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)的检测中，需要反射次数尽量大，这样可以提高气体对激光的吸收。在本实施例中，可以设置参数如下：
b＝100mm，d＝1mm，e＝0.01°，L＝300mm
由试1，2计算可得
Nmax＝50
Smax＝15000mm＝15米
在实际应用中，为了避免激光打在第一反射镜12或第二反射镜14的边缘，必须缩减反射次数。最后实际反射次数为49次，光程为14.7米。
在其他实施例中，上述参数的设置不受限制。
进一步，光学结构10还包括用于引入入射光于光学结构10的第三反射镜16及用于引出光学结构10的反射光的第四反射镜18。在其他实施例中，光线的引入及引出不限于此。
具体地，第三反射镜16与第四反射镜18均位于靠近第一反射镜12或靠近第二反射镜14的同一端。在其他实施例中，第三反射镜16与第四反射镜18均位于第一反射镜12与第二反射镜14的中间。
更具体地，第三反射镜16的镜面与第一反射镜12的第一镜面126或第二镜面128平行设置，第四反射镜18的镜面与第二反射镜14的第三镜面146或第四镜面148平行设置。
参阅图5，本发明一实施例还提供一种延迟装置，包括磁铁20、线圈30及如上述的光学结构10，线圈30设于磁铁20内，光学结构10设于线圈30上。
本发明提供的延迟装置，包括上述的光学结构10，可以在保证在不加大延迟装置体积的情况下，加大光程。
在本实施例中，随着线圈30相对于磁铁20的移动，改变了第一反射镜12与第二反射镜14在第一方向X的间距L，总光程也实时在变化。如线圈30的运动长度为30mm时，可以设置参数如下：
b＝100mm，d＝5mm，e＝0°，L＝100mm-130mm
带入公式1，2计算得Nmax＝5次。
本实施例中，预留给第三反射镜16与第四反射镜18一定的安装空间，只反射4次。因为光线间距够大，不存在第三反射镜16与第四反射镜18安装困难，所以取e＝0°。如此，实际光程S＝400mm-520mm，光程变化的长度ΔS＝120mm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光学结构，其特征在于，包括第一反射镜与第二反射镜，所述第一反射镜包括第一本体及凹陷设于所述第一本体的第一直角部，所述第一直角部包括相互面对的第一镜面及第二镜面，所述第二反射镜包括第二本体及凹陷设于所述第二本体的第二直角部，所述第二直角部包括相互面对的第三镜面及第四镜面，所述第一直角部与所述第二直角部在第一方向上间隔相对设置，所述第一直角部与所述第二直角部沿与所述第一方向相交的第二方向错开一定的间距，光线沿所述第一方向射入所述第一反射镜或所述第二反射镜。
2.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述第一反射镜与所述第二反射镜形状相同，所述第一本体及所述第二本体均为长方体结构，所述第一直角部凹陷设于所述第一本体一端的中部，所述第二直角部凹陷设于所述第二本体一端的中部。
3.根据权利要求2所述的光学结构，其特征在于，所述第一镜面及所述第二镜面分别从所述第一本体在所述第二方向的中部延伸至所述第一本体在所述第二方向上对应两侧的边缘，所述第三镜面及所述第四镜面分别从所述第二本体在所述第二方向的中部延伸至所述第二本体在所述第二方向上对应两侧的边缘。
4.根据权利要求3所述的光学结构，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
5.根据权利要求4所述的光学结构，其特征在于，所述第一反射镜绕所述第二方向相对于所述第二反射镜旋转一预设角度设置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光学结构，其特征在于，所述光学结构还包括用于引入入射光于所述光学结构的第三反射镜及用于引出所述光学结构的反射光的第四反射镜。
7.根据权利要求6所述的光学结构，其特征在于，所述第三反射镜与所述第四反射镜均位于靠近所述第一反射镜或靠近所述第二反射镜的同一端。
8.根据权利要求6所述的光学结构，其特征在于，所述第三反射镜与所述第四反射镜均位于所述第一反射镜与所述第二反射镜的中间。
9.根据权利要求6所述的光学结构，其特征在于，所述第三反射镜的镜面与所述第一反射镜的第一镜面或第二镜面平行设置，所述第四反射镜的镜面与所述第二反射镜的第三镜面或第四镜面平行设置。
10.一种延迟装置，其特征在于，包括磁铁、线圈及如权利要求1-9任一项所述的光学结构，所述线圈设于所述磁铁内，所述光学结构设于所述线圈上。
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