CN108563006A - 一种四直角反射镜增光程系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四直角反射镜增光程系统。所述四直角反射镜增光程系统包括：第一直角反射镜(1)、第二直角反射镜(2)、第三直角反射镜(3)以及第四直角反射镜(4)，第一直角反射镜(1)和第二直角反射镜(2)构成内直角反射镜组，第三直角反射镜(3)以及第四直角反射镜(4)构成外直角反射镜组。本发明能够使光束在有限空间内反射上百次，大幅度增加光束与被作用物质的接触光程，提高设备使用效率，减小设备所需空间，促进光学设备小型化的发展以及检测设备精度的提高。

Description

一种四直角反射镜增光程系统

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及一种四直角反射镜增光程系统。

背景技术

当光穿过物质的时候，位于物质吸收波长范围的光信号会衰减，根据光的波长和光强度的衰减程度，可以判断物质的成分和含量。

当使用光穿过浓度较低的透明样品，例如气体、溶液等的时候，由于绝大部分光源能量都透过透明样品，没有与透明样品发生相互作用而导致激发光源使用效率低下。在这个情况下必须增加光程才能增加物质与光的相互作用程度，观察到明显的光信号衰减。

而光程的增加则需要样品池长度的增加，或者通过反射镜的多次反射来增加光程，但是目前的增加光程的方法增加光程的效果有限，仅能增加数倍，最多二三十倍的光程，压缩空间的效果也有限，导致一些设备无法实现小型化或者检测精度无法得到大幅度提升。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明希望提供一种进一步提高光程增加量的增光程系统，其能够使光束在有限空间内对目标光束反射上百次，大幅度增加光束与被作用物质的接触光程，提高设备使用效率，减小设备所需空间。从而在较小的立体空间范围内提高空间的使用效率，促进光学设备小型化的发展。

具体而言，本发明提供一种四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述四直角反射镜增光程系统包括：第一直角反射镜、第二直角反射镜、第三直角反射镜以及第四直角反射镜，第一直角反射镜和第二直角反射镜构成内直角反射镜组，第三直角反射镜以及第四直角反射镜构成外直角反射镜组，其中，所述内直角反射镜组的反射面彼此相对，所述外直角反射镜组中两个直角反射镜的反射面经所述内直角反射镜组反射后在光路上彼此相对，所述内直角反射镜组的两个反射镜在第一方向具有相对侧向偏移，所述外直角反射镜组的两个反射镜在第二方向具有相对侧向偏移。

优选地，所述内直角反射镜组的直角顶角线沿第二方向彼此平行，所述外直角反射镜组的直角顶角线沿第一方向彼此平行，第一方向和第二方向彼此垂直。

优选地，所述内直角反射镜组中两个直角反射镜的侧向偏移在内直角反射镜组两侧分别形成两个光路缺口，所述外直角反射镜组中的两个直角反射镜中的至少一个对向两个光路缺口中的一个，优选地，两个外直角反射镜的其中一个高于两个内直角反射镜，另一个低于内直角反射镜。

优选地，所述外直角反射镜组中的两个直角反射镜中分别对向两个光路缺口，优选地，所述外直角反射镜组中两个直角反射镜的偏移在外直角反射镜组两侧分别形成两个光路缺口，两个光路缺口分别用作四直角反射镜增光程系统的入光口和出光口。

优选地，所述内直角反射镜组中的1个直角反射镜的直角顶角线留出通光狭缝，外直角反射镜组的其中1个直角反射镜放置在留有通光狭缝的直角反射镜的反射面的背面，且反射面正对通光狭缝。

优选地，在内直角反射镜组的2个直角反射镜之间还设置有2个共焦光具组，共焦光具组的光轴与内直角反射镜组的直角顶角线垂直。

另一方面，本发明提供一种吸收光谱测试系统，其特征在于，所述吸收光谱测试系统包含所述的四直角反射镜增光程系统。

优选地，所述吸收光谱测试系统包括紫外-可见吸收光谱仪、近红外光谱仪以及红外吸收光谱系统。

另一方面，本发明提供一种光散射激发收集系统，其特征在于，所述光散射激发收集系统包含所述的四直角反射镜增光程系统。

优选地，所述光散射激发收集系统包括拉曼光谱仪、光致发光系统、布里渊散射系统以及瑞利散射系统。需要说明的是，本发明中所提到的“相对侧向偏移”指的是相对于直角反射镜顶角线而言，向顶角线侧部方向具有一定偏移，如附图中所示。

本发明所提到的“光路缺口”指的是，由于相对的两个直角反射镜并没有彼此完全正对所导致的、在两个反射镜的侧部边缘分别有一部分由于没有与其对应的另一个反射镜的反射面，该部分出射的光，将不会被另一个直角反射镜所接收到，进而形成了所谓的“光路缺口”。

发明原理

本发明主要利用直角反射镜的反射特性，对于每一个直角反射镜而言，入射方向垂直于直角反射镜直角顶角线的入射光照射到直角反射镜的一个反射面时，会被反射到直角反射镜另一个反射面，然后反射回入射方向，光的传输方向与原入射方向相反但是在空间上沿垂直于由入射方向和直角反射镜直角顶角线组成的平面形成一定的空间位移。

对于内直角反射镜组中2个反射面相对放置而且直角反射镜直角顶角线互相平行的直角反射镜而言，由于两个直角反射镜之间存在一定的偏移，使得其中一个直角反射镜的一边伸出另一个直角反射镜之外，这样允许光束从该伸出部分入射到两个直角反射镜之间，入射方向垂直于内直角反射镜组的直角反射镜直角顶角线的入射光经过两个直角反射镜的多次反射，入射光在垂直于直角反射镜直角顶角线的平面内多次反射，形成二维反射面从而增加光程。

但是这种直角反射镜组由于自身反射过程就相对复杂，所以从未有人想到还能够采用三维的直角反射镜组合，实现指数级别的光程增加。

本发明则增加一个外直角反射镜组，其也包括2个从光束走向来看反射面相对放置的直角反射镜。这里需要说明的是，“从光束走向来看反射面相对放置”指的是在光路中，来自其中一个直角反射镜的光线若没有超出另一个直角反射镜的位置范围，会入射在另一个直角反射镜的一个反射面上，然后从另一个反射面出射。

对直角反射镜直角顶角线互相平行的外直角反射镜组而言，其反射镜直角顶角线垂直于内直角反射镜组的反射镜直角顶角线与入射光组成的平面。至少一个外直角反射镜设置在内直角反射镜组的两个直角反射镜因偏移形成的缺口处，当光从内直角反射镜组的二维平面多次反射后出射出内直角反射镜组，照射到缺口处的外直角反射镜的反射面时，光从外直角反射镜的另一个反射面反射回入射方向，并且在沿内直角反射镜组的反射镜直角顶角线的方向形成位移，然后反射回内直角反射镜组。再次在内直角反射镜组中形成二维平面多次反射但是在空间上有一定的位移。最终形成立体空间的多次反射，从而增加光程。

本发明的系统主要用于对平行光或近平行光进行反射，既可以为激光也可以是混合波长光。

本发明中所提到的“光具组”不仅限于独立构成的光学器件，还可以指有多个部件组成的光学器件。

本发明中所提到的“直角反射镜”并不仅限于由单个反射器件构成的直角反射镜，其可以是组合式的反射镜。

有益效果：

本发明的四直角反射镜增光程系统，平行光进入系统后，经内直角反射镜组多次反射在2维空间增加光程。平行光出射出内直角反射镜组进入外直角反射镜组之后，由外直角反射镜组将2维反射面进行立体偏移。本发明能够使光束在有限空间内反射上百次，大幅度增加光束与被作用物质的接触光程，提高设备使用效率，减小设备所需空间，促进光学设备小型化的发展以及检测设备精度的提高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的立体结构原理图。直角反射镜1和直角反射镜2组成内直角反射镜组，直角反射镜3和直角反射镜4组成外直角反射镜组。

图2是本发明的另一个实施例的立体结构原理图。直角反射镜1和直角反射镜2组成内直角反射镜组，直角反射镜3和直角反射镜4组成内直角反射镜组。其中直角反射镜1上留有通光狭缝。

图3是入射光在内直角反射镜组的2个直角反射镜之间传输的2维平面图。

图4是在内直角反射镜组的2个直角反射镜之间增加共焦聚焦光具组的立体结构原理图。直角反射镜1和直角反射镜2组成内直角反射镜组，直角反射镜3和直角反射镜4组成内直角反射镜组。聚焦光具组5和6组成共聚焦光具组。

具体实施方式

以下结合附图及其实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

实施例1

图1是本发明的一个实施例的四直角反射镜增光程系统立体结构原理图。

如图所示，直角反射镜1和直角反射镜2组成内直角反射镜组，直角反射镜3和直角反射镜4组成外直角反射镜组。直角反射镜1和直角反射镜2左右方向存在一定偏移，图中右侧的内直角反射镜2向纸面内偏移，图中左侧的直角反射镜1向纸面外偏移，这样直角反射镜1和直角反射镜2虽然彼此相对，但并不是完全相对，在直角反射镜1的边缘处存在一个缺口，当光从直角反射镜2的边缘出射时，直角反射镜1无法接收并反射，而本发明在该缺口处设置了外直角反射镜4，其一部分刚好接收该缺口处的入射光并在纵向对入射光进行偏移后反射回直角反射镜2。外直角反射镜4的直角顶角线与内直角反射镜的直角顶角线垂直。

类似地，外直角反射镜3设置于两个内直角反射镜另一侧因为偏移形成的缺口处。

另外，两个外直角反射镜彼此之间纵向偏移，即外直角反射镜3的位置略高于或低于外直角反射镜4，优选地，两个外直角反射镜的其中一个高于两个内直角反射镜，另一个低于内直角反射镜。本实施例中以外直角反射镜3高于内直角反射镜，外直角反射镜4低于内直角反射镜为例进行说明。

入射光以垂直于内直角反射镜组的直角顶角线和外直角反射镜组的直角顶角线的方向，从外直角反射镜3高出内直角反射镜的部分，从内直角反射镜的缺口部分，入射到直角反射镜3的其中一个反射面，经过直角反射镜3在沿内直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后，反射光线就会进入到直角反射镜1的反射面范围内了，由直角反射镜3的另一个反射面反射到直角反射镜1的一个反射面。经过直角反射镜1在沿外直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜1的另一个反射面反射到直角反射镜2的一个反射面。再由直角反射镜2在沿外直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜2的另一个反射面反射到直角反射镜1的一个反射面。如此往复，在直角反射镜1和直角反射镜2之间形成二维反射平面。直到反射光到达内直角反射镜2边缘与偏移缺口位置对应的位置处，则该处出射的平行光进入到外直角反射镜4的反射面范围内，由内直角反射镜组反射到直角反射镜4上，并由直角反射镜4在沿内直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜4的另一个反射面反射回内直角反射镜2上，进而在内直角反射镜组内重复一个2维反射循环。如此往复，将二维反射平面沿垂直于二维反射平面的方向多次位移，形成三维立体反射图，直到入射光出射出四直角反射镜增光程系统。

图3是为了更好的理解平行光在一组直角反射镜作用下的传输方式，展示入射光在直角反射镜1和直角反射镜2组成的内直角反射镜组形成二维反射平面的示意图。

实施例2

图2是本发明的另一个实施例的四直角反射镜增光程系统立体结构原理图。

如图2所示，本实施例依然采用4个直角反射镜，只是布置方式与实施例1略有差别。

内直角反射镜组中的1个直角反射镜的直角顶角线留出通光狭缝，外直角反射镜组的其中1个直角反射镜3放置在留有通光狭缝的直角反射镜1的反射面的背面，且反射面正对通光狭缝，从而使得从该狭缝入射到外直角反射镜3的反射光从外直角反射镜3反射回狭缝时，反射光在沿内直角反射镜组的反射镜直角顶角线方向具有一定的空间位移，然后反射回内直角反射镜组。

本实施例中，虽然外直角反射镜4和外直角反射镜3都朝向图中右侧，但是从光路上来讲，外直角反射镜4和外直角反射镜3依然是彼此相对的。

本实施例中，直角反射镜1和直角反射镜2左右方向仍然存在一定偏移，图中右侧的内直角反射镜2向纸面内偏移，左侧的向纸面外偏移，这样直角反射镜1和直角反射镜2虽然彼此相对，但并不是完全相对，在直角反射镜1的边缘处存在一个光路缺口，直角反射镜2在其另一侧也形成一个光路缺口。

外直角反射镜4入射光以垂直于内直角反射镜组的直角顶角线和外直角反射镜组的直角顶角线的方向、从内直角反射镜组之间的缺口上方入射到外直角反射镜4的上方反射面上，经过直角反射镜4在沿内直角反射镜组的直角顶角线方向的空间向下偏移后，由直角反射镜4的另一个反射面反射出去，其反射光进入到内直角反射镜2的反射面范围内，入射到直角反射镜2的一个反射面。经过直角反射镜2在沿外直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜2的另一个反射面反射到直角反射镜1的一个反射面。再由直角反射镜1在沿外直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜1的另一个反射面反射到直角反射镜2的一个反射面。如此往复，在直角反射镜1和直角反射镜2之间形成二维反射平面。直到反射光由内直角反射镜组通过直角反射镜1的通光狭缝反射到直角反射镜3上，并由直角反射镜3在沿内直角反射镜组的直角顶角线方向的空间偏移后由直角反射镜3的另一个反射面反射回内直角反射镜组。如此往复，将二维反射平面沿垂直于二维反射平面的方向多次位移，形成三维立体反射图，直到入射光出射出四直角反射镜增光程系统。

实施例3

图4是本发明的另一个是实施例的结构，在该四直角反射镜增光程系统中，内直角反射镜组和外直角反射镜组的设置方式与实施例1相同，只是在本实施例中，在内直角反射镜组的2个直角反射镜中间增加2个共焦点的聚焦光具组组成共聚焦光具组，聚焦光具组的光轴与入射光平行，聚焦光具组使得由内直角反射镜组的一个直角反射镜反射的平行光，由其中一个光具组聚焦到焦点后，由另一个聚焦光具组再变成平行光，传输向内直角反射镜组的另一个直角反射镜。从而实现平行光对于共聚焦光具组焦点的多次聚焦，从而激发位于焦点位置的样品的散射光信号。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述四直角反射镜增光程系统包括：第一直角反射镜(1)、第二直角反射镜(2)、第三直角反射镜(3)以及第四直角反射镜(4)，第一直角反射镜(1)和第二直角反射镜(2)构成内直角反射镜组，第三直角反射镜(3)以及第四直角反射镜(4)构成外直角反射镜组，其中，所述内直角反射镜组的反射面彼此相对，所述外直角反射镜组中两个直角反射镜的反射面经所述内直角反射镜组反射后在光路上彼此相对，所述内直角反射镜组的两个反射镜在第一方向具有相对侧向偏移，所述外直角反射镜组的两个反射镜在第二方向具有相对侧向偏移。

2.根据权利要求1所述的四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述内直角反射镜组的直角顶角线沿第二方向彼此平行，所述外直角反射镜组的直角顶角线沿第一方向彼此平行，第一方向和第二方向彼此垂直。

3.根据权利要求2所述的四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述内直角反射镜组中两个直角反射镜的侧向偏移在内直角反射镜组两侧分别形成两个光路缺口，所述外直角反射镜组中的两个直角反射镜中的至少一个对向两个光路缺口中的一个，优选地，两个外直角反射镜的其中一个高于两个内直角反射镜，另一个低于内直角反射镜。

4.根据权利要求3所述的四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述外直角反射镜组中的两个直角反射镜中分别对向两个光路缺口，优选地，所述外直角反射镜组中两个直角反射镜的偏移在外直角反射镜组两侧分别形成两个光路缺口，两个光路缺口分别用作四直角反射镜增光程系统的入光口和出光口。

5.根据权利要求3所述的四直角反射镜增光程系统，其特征在于，所述内直角反射镜组中的1个直角反射镜的直角顶角线留出通光狭缝，外直角反射镜组的其中1个直角反射镜放置在留有通光狭缝的直角反射镜的反射面的背面，且反射面正对通光狭缝。

6.根据权利要求1-5之一所述的四直角反射镜增光程系统，其特征在于，在内直角反射镜组的2个直角反射镜之间还设置有2个共焦光具组(3)，共焦光具组(3)的光轴与内直角反射镜组的直角顶角线垂直。

7.一种吸收光谱测试系统，其特征在于，所述吸收光谱测试系统包含权利要求1-6中任意一项所述的四直角反射镜增光程系统。

8.根据权利要求7所述的吸收光谱测试系统，所述吸收光谱测试系统包括紫外-可见吸收光谱仪、近红外光谱仪以及红外吸收光谱系统。

9.一种光散射激发收集系统，其特征在于，所述光散射激发收集系统包含权利要求1-6中任意一项所述的四直角反射镜增光程系统。

10.根据权利要求9所述的光散射激发收集系统，其特征在于，所述光散射激发收集系统包括拉曼光谱仪、光致发光系统、布里渊散射系统以及瑞利散射系统。