CN109597192A - 高效光程折叠器件及小型化高灵敏度气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请属于激光气体传感领域，提供一种高效光程折叠器件及小型化高精度气体传感器，高效光程折叠器件可以实现对光束的多次反射，具备较长的光程以及较高的光程体积比，体积小巧；小型化高灵敏度气体传感器通过采用第一方面和第二方面提供的高效光程折叠器件，光程长、体积小、光路结构稳定，可以有效提高气体浓度测试结果的准确性和精度。
Description
技术领域
本申请涉及激光气体传感领域，具体涉及一种高效光程折叠器件及小型化高精度气体传感器。
背景技术
小型化高灵敏度气体传感器主要应用于煤炭、石油化工、电力、冶金、市政工程等有可能出现易燃易爆及污染气体泄露、对人民生命财产安全产生重大威胁的领域。目前TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)技术主要基于可调激光在近红外波段进行光谱分析，是目前气体探测领域一个重要的发展方向。基于TDLAS技术的气体探测器主要包括：可调激光器、探测气室、光电探测器、辅助机械和电子部件，为了达到足够的探测灵敏度，需要探测气室具有较长的光程，以使激光束在所需分析气体内传输足够的距离以增强吸收谱线，探测气室需采用光程折叠的形式，在有限体积内尽可能多次反射光束以达到足够的光程，从而实现小型化和高灵敏度、能在复杂环境下可靠工作的气体探测器。
现有的小型化气体探测器，存在或光程短，或体积偏大，或光路结构不稳定等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种高效光程折叠器件及小型化高精度气体传感器，以解决现有的小型化气体探测器，存在或光程短，或体积偏大，或光路结构不稳定等问题。
本申请实施例第一方面提供一种高效光程折叠器件，其包括：
一个输入端，用于输入光束；
一个输出端，用于输出光束，所述输入端与所述输出端分离设置；
一个主平面反射镜；
一个凹面反射镜，具有一个焦平面，所述焦平面到所述凹面反射镜的距离为所述凹面反射镜的焦距f；所述焦平面具有一个原点，所述原点为所述主平面反射镜与凹面反射镜组成的光学系统光轴在所述焦平面上的交点；
一个倾斜反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述倾斜反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ1；所述倾斜角θ1不为零；
所述输入端的入射面、所述输出端的出射面、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜共面且位于所述凹面反射镜的焦平面；
光束从所述输入端输入，通过所述凹面反射镜、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜之间的多次反射后，从所述输出端输出。
在一个实施例中，所述输出端位于所述输入光束被所述凹面反射镜反射4的正整数倍次之后达到所述焦平面的位置。
本申请实施例第二方面提供一种高效光程折叠器件，其包括：
一个输入端，用于输入光束；
一个输出端，用于输出光束，所述输入端与所述输出端分离设置；
一个主平面反射镜；
一个凹面反射镜，具有一个焦平面，所述焦平面到所述凹面反射镜的距离为所述凹面反射镜的焦距f；所述焦平面具有一个原点，所述原点为所述主平面反射镜与凹面反射镜组成的光学系统光轴在所述焦平面上的交点；
一个倾斜反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述倾斜反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ1；所述倾斜角θ1不为零；
一个侧向反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述侧向反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ2；所述倾斜角θ2不为零；
所述输入端的入射面、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜共面且位于所述凹面反射镜的焦平面；
光束从所述输入端输入，通过所述凹面反射镜、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜之间的多次反射后，被所述侧向反射镜反射至所述输出端的入射端，从所述输出端输出。
在一个实施例中，所述侧向反射镜位于所述输入光束被所述凹面反射镜反射2的正整数倍次之后达到所述焦平面的位置。
本申请实施例第三方面提供一种小型化高灵敏度气体传感器，其包括本申请实施例第一方面或第二方面所述的高效光程折叠器件，所述高效光程折叠器件设置于待测试气体所处的气室空间中；
所述小型化高灵敏度气体传感器还包括：
一个激光器，位于所述输入端的入射端，用于提供所述输入端输入的光束；
一个探测器，位于所述输出端的出射端，用于接收从所述输出端输出的光束并进行探测，得到所述待测试气体的气体浓度测试数据。
在一个实施例中，所述的小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个分光镜，位于所述输入端的出射端，用于将从所述输入端输入的光束分成两路；
一个参考气室，密封有标准气体一个内部探测器；
一个内部探测器，设置于所述参考气室内部，用于接收在所述参考气室内部传输的光束并进行探测，得到所述标准气体的吸收峰波长位置信息；
从所述输入端输入的光束被所述分光镜分成两路后，一路进入所述高效光程折叠器件，一路进入所述参考气室中传输至所述内部探测器。
在一个实施例中，所述的小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个基座，用于提供所述气室空间，并将所述高效光程折叠器件固定于所述气室空间；
一个防护盖板，通过紧固件与所述基座机械连接，用于防止灰尘和水进入所述高效光程折叠器件，对所述高效光程折叠器件进行保护，并允许待测试气体渗入所述气室空间；
所述激光器和所述探测器设置于所述基座的外沿，所述激光器的出射端通过所述输入端与所述气室空间连通，所述探测器的入射端通过所述输出端与所述气室空间连通。
在一个实施例中，所述的小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个聚焦准直透镜，位于所述激光器的出射端和所述输入端的入射端之间，用于对所述激光器发出的光束进行聚焦和准直。
在一个实施例中，所述的小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个会聚透镜，位于所述输出端的出射端和所述探测器的入射端之间，用于将从所述输出端输出的光束会聚至所述探测器的入射端。
在一个实施例中，所述探测器还用于根据所述标准气体的吸收峰波长位置信息，对所述待测试气体的类别进行判定并测试其浓度。
本申请实施例的第一方面和第二方面提供的高效光程折叠器件，可以实现对光束的多次反射，具备较长的光程以及较高的光程体积比，体积小巧；
本申请实施例的第三方面提供的小型化高灵敏度气体传感器，通过采用第一方面和第二方面提供的高效光程折叠器件，光程长、体积小、光路结构稳定，可以有效提高气体浓度测试结果的准确性和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例一提供的高效光程折叠器件的原理图；
图2是本申请实施例一提供的高效光程折叠器件光束位置在焦平面上的分布及倾斜反射镜的位置；
图3是本申请实施例一提供的高效光程折叠器件中倾斜反射镜倾斜方向说明；
图4是本申请实施例二提供的高效光程折叠器件的原理图；
图5和图6是本申请实施例三提供的小型化高灵敏度气体传感器的原理图；
图7是本申请实施例四提供的小型化高灵敏度气体传感器的原理图；
图8是本申请实施例五提供的小型化高灵敏度气体传感器的原理图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请，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地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
实施例一
如图1所示，本申请提供一种高效光程折叠器件100，包括：
一个输入端101，用于输入光束；
一个输出端102，用于输出光束，所述输入端101与所述输出端102分离设置；
一个主平面反射镜104；
一个凹面反射镜103，具有一个焦平面106，焦平面106到凹面反射镜103的距离107为凹面反射镜103的焦距f；焦平面106具有一个原点109，原点109是主平面反射镜104与凹面反射镜103组成的光学系统光轴108在焦平面106上的交点；
一个倾斜反射镜105，为面积小于主平面反射镜104的平面反射镜，倾斜反射镜105的法线与主平面反射镜104的法线之间的倾斜角为θ1；倾斜角θ1不为零；
输入端101的入射面、输出端102的出射面、主平面反射镜104和倾斜反射镜105共面且位于凹面反射镜103的焦平面106；
光束从输入端101输入，通过凹面反射镜103、主平面反射镜104和倾斜反射镜105之间的多次反射后，从输出端102输出。
从光学特性来看，由于采用了共焦系统，在焦平面106上，光束的半径和发散半角将在两组取值间变换，与凹面反射镜103的反射次数无关，只与凹面反射镜103的反射次数的奇偶性有关。设输入端101输入光束的半径为A0，发散半角为β0，经过一次凹面反射镜103的反射到达焦平面106后光束的半径为A1，发散角半为β1，则有如下关系：
A1＝β0·f (1)
β1＝A0/f (2)
经过两次凹面反射镜103的反射到达焦平面106后光束的半径为A2，发散半角为β2，可以通过应用(1)和(2)式两次得到：
A2＝β1·f＝(A0/f)·f＝A0 (3)
β2＝A1/f＝(β0·f)/f＝β0 (4)
从(3)和(4)式可以看到，输入光束经两次凹面反射镜103反射后到达焦平面106后恢复了输入光束的特性(A0，β0)，容易看到经过偶数次凹面反射镜103的反射后，光束的特性将与输入光束相同；对奇数次凹面反射镜103的反射，光束的特性将取(1)和(2)所得到的半径和发散半角(A1，β1)。
对于输入光束的主光束位置和角度(相对主平面反射镜104与凹面反射镜103组成的光轴)的变换，在没有引入倾斜反射镜105的情况下，可以证明在经过四次凹面反射镜103的反射到达焦平面后，光束的主光束位置与输入光束的主光束位置重合，角度与输入光束的主光束角度关于光轴成镜像对称；由于光束的主光束位置与输入光束的主光束位置重合，光束不再被主平面反射镜104反射，而通过输入端102输出，因此在没有引入倾斜反射镜105的情况下，光束最多被凹面反射镜103反射四次，总光程受到很大限制。
本申请实施例一在凹面反射镜103和主平面反射镜104组成的共焦光学系统上，引入一个倾斜反射镜105，其位置偏离原点109一定距离，并位于输入光束经凹面反射镜103第一次反射或第三次反射到达焦平面106的位置，倾斜反射镜105改变了光束的反射角度，使光束经凹面反射镜103反射后，改变了随后偶数次反射光束在焦平面106上的位置，而奇数次反射光束在焦平面106上的位置不变，使得所有光束的位置不再与输入端101冲突，实现光束的多次反射。
可以证明，如图2所示，引入倾斜反射镜105后，在主平面反射镜104所处的焦平面106上，经凹面反射镜1+4n(n＝0，1，2，3······)次反射后，光束的位置在同一个位置，记为P1(即201)；经凹面反射镜3+4n(n＝0，1，2，3······)次反射后，光束的位置在同一个位置，记为P3(即202)；经凹面反射镜4+4n(n＝0，1，2，3······)次反射后，光束的位置为P4、P8、P12······，它们与输入光束的位置P0在一条直线上，记为L4(即203)；经凹面反射镜2+4n(n＝0，1，2，3······)次反射后，光束的位置为P2、P2、P10······，它们在一条直线上，记为L2(即204)。
为了说明方便，图2和图3中，倾斜反射镜105选在了经凹面反射镜103第三次反射后光束在焦平面的位置P3(即202)，它的法线205与主平面反射镜104的法线206形成一个倾斜角θ1，沿两个法线形成的平面与焦平面106相交形成的棱线方向作一矢量，称作移位矢量ΔP(即207)，其长度由下式定义：
ΔP＝tan(2θ1)·f (1)
容易证明对分布在L2上光束位置P2、P2、P10······，和分布在L4的光束位置P0、P4、P8、P12······，相邻光束位置间隔即为由(1)式给出的ΔP，并且L2和L4平行于ΔP。可以看到ΔP包含了倾斜反射镜的倾斜角θ1大小和方向。
由共焦光学系统的性质可知P1(201)与P3(202)关于焦平面的原点109是对称的，为使倾斜反射镜105不对P1上的光束干扰，倾斜反射镜105偏离焦平面原点109的距离大于P1或P3上的光束半径A1，由前述(1)式可知A1＝β0·f；同时为保证倾斜反射镜105能反射到达其上的所有光束能量，其通光直径大于P1或P3上的光束直径2·A1，即2β0·f。
为避免倾斜反射镜105对L2或L4上光束的干扰，倾斜角θ1方向的选取使得移位矢量ΔP的方向不在输入端101和P3(202)的连线方向上，与之形成一定夹角，经过偶数次凹面反射镜103的反射后，光束到达焦平面106时输入光束的中心到倾斜反射镜105的边界的距离大于输入光束的半径A0，从而使以L2或L4上以光束直径为宽度的通光带不与倾斜反射镜105重叠。
输出端102可以取在L2或L4上，优选取在与输入端共线的L4上，即输出端102位于输入光束被凹面反射镜103反射4的正整数倍次数之后达到焦平面106的位置，因此输入端101和输出端102在L4(203)的两侧；输出端102的这种配置方式使得输出光束的位置和角度对凹面反射镜103相对主平面反射镜104的角度为位置偏差不敏感，光学系统具有很高的稳定性。
在一个实施例中，所述输入端为第一光纤，光束通过所述第一光纤输入；
或者，所述输入端是所述主平面反射镜上的通光孔或开角，光束从自由空间进入所述输入端；
所述输出端为第二光纤，所述输出光束通过所述第二光纤输出；
或者，所述输出端是所述主平面反射镜上的通光孔或开角，所述输出光束从所述输出端输出至自由空间。
图1和图3中示例性的示出了输入端101和输出端102是主平面反射镜104上的通光孔或开角的情况。
在具体应用中，通光孔和开角的形式适合发散角较大的非相干输入光束情况，光束通过自由空间传播方式输入；对于输入光束为发散角较小的相干光束，如激光，选择光纤作为光束输入端，输出端相应地选择光纤输出光束。
本实施例可以实现对光束的多次反射，具备较长的光程以及较高的光程体积比，体积小巧。
实施例二
如图4所示，本实施例提供一种高效光程折叠器件200，其在实施例一的基础上，还包括：
一个侧向反射镜110，为面积小于主平面反射镜104的平面反射镜，侧向反射镜110的法线与主平面反射镜104的法线之间的倾斜角为θ2；倾斜角θ2不为零；
输入端101的入射面、主平面反射镜104和倾斜反射镜105共面且位于凹面反射镜103的焦平面106；
光束从输入端101输入，通过凹面反射镜103、主平面反射镜104和倾斜反射镜105之间的多次反射后，被侧向反射镜110反射至输出端102的入射端，从输出端102输出。
为避免侧向反射镜110对L2或L4上光束的干扰，倾斜角θ2方向的选取使得经侧向反射镜110反射后的输出光束不会到达凹面反射镜103，而是朝着远离凹面反射镜103的方向传输至输出端102。
侧向反射镜110可以取在L2或L4上，使得输入光束被凹面反射镜103反射2的正整数倍次数之后，再被侧向反射镜110反射到输出端102；，侧向反射镜110和输出端102的这种配置方式使得输出端102相对于输入端101不在同一平面或同一侧，可以避免输入端和输出端在同一侧产生的机械冲突，有效缩小高效光程折叠器件200的体积，以便根据实际需要布设输出端102的位置。
应当理解的是，实施例二所提供的高效光程折叠器件200相对于实施例一所提供的高效光程折叠器件100的工作原理基本相同，实施例二中仅着重介绍两者之间的区别点，实施例一中的其他实施方式亦可等效应用于实施例二，此处不再赘述。
实施例三
如图5和图6所示，本实施例提供一种小型化高灵敏度气体传感器300，包括实施例一中的高效光程折叠器件100或实施例二中的高效光程折叠器件200，高效光程折叠器件100或200设置于待测试气体所处的气室空间中；
小型化高灵敏度气体传感器300还包括：
一个激光器301，位于输入端101的入射端，用于提供输入端101输入的光束；
一个探测器302，位于输出端102的出射端，用于接收从输出端102输出的光束并进行探测，得到待测试气体的气体浓度测试数据。
图5中示例性的示出了小型化高灵敏度气体传感器300包括实施例一中的高效光程折叠器件100的情况。
图6中示例性的示出了小型化高灵敏度气体传感器300包括实施例二中的高效光程折叠器件200的情况。
在具体应用中，基于TDLAS技术，可通过测量待测试气体对激光器发射的光束衰减来测量待测试气体的浓度。
在具体应用中，激光器为半导体激光器，用于提供激光光源。
在具体应用中，探测器为可将光信号转换为电信号的光电探测器。
在一个实施例中，所述输入端的入射端通过光纤连接所述激光器的出射端，所述输入端输入所述激光器发出的光束；
所述输出端的出射端通过光纤连接所述探测器的入射端，从所述输出端输出的光束被所述探测器接收。
在一个实施例中，所述的小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个基座，用于提供所述气室空间，并将所述高效光程折叠器件固定于所述气室空间；
一个防护盖板，通过紧固件与所述基座机械连接，用于防止灰尘和水进入所述高效光程折叠器件，对所述高效光程折叠器件进行保护，并允许待测试气体渗入所述气室空间；
所述激光器和所述探测器设置于所述基座的外沿，所述激光器的出射端通过所述输入端与所述气室空间连通，所述探测器的入射端通过所述输出端与所述气室空间连通。
在具体应用中，基座和盖板具体可以通过螺钉、螺栓、卡扣等紧固件机械连接，基座和盖板共同构成小型化高灵敏度气体传感器的主壳体，用于对小型化高灵敏度气体传感器中的各器件起到固定、支撑和保护作用，基座和盖板的形状、结构和材料(优选不透光材料)可以根据实际需要进行设置，本实施例中不作特别限定。
本实施例所提供的小型化高灵敏度气体传感器，通过采用高效光程折叠器件来实现，光程长、体积小、光路结构稳定，可以有效提高气体浓度测试结果的准确性和精度。
应当理解的是，实施例三中仅着重介绍与实施例一和实施例二之间的区别点，实施例一和实施例二中的其他实施方式亦可等效应用于实施例三，此处不再赘述。
实施例四
如图7所示，本实施例提供一种小型化高灵敏度气体传感器400，其在实施例三的基础上，还包括：
一个分光镜303，位于输入端101的出射端，用于将从输入端101输入的光束分成两路；
一个参考气室304，密封有标准气体；一个内部探测器，设置于参考气室304内部，用于接收在参考气室304内部传输的光束并进行探测，得到所述标准气体的吸收峰波长位置信息；
从输入端101输入的光束被分光镜303分成两路后，一路进入高效光程折叠器件100或200，一路进入参考气室304中传输至所述内部探测器。
在具体应用中，分光镜(Beam splitter)可以采用平面分束镜或者立方体分束镜。
在一个实施例中，所述探测器还用于根据所述标准气体的吸收峰波长位置信息，对所述待测试气体的类别进行判定并测试其浓度。
或者，所述小型化高灵敏度气体传感器还包括与所述探测器的数据输出端连接的处理器，所述处理器用于对所述待测试气体的气体浓度测试数据和所述标准气体的吸收峰波长位置测试数据进行对比，并输出对比结果；
或者，所述探测器的数据输出端与外部处理设备通信连接，所述外部处理设备用于对所述待测试气体的气体浓度测试数据和所述标准气体的吸收峰波长位置测试数据进行对比，并输出对比结果。
在具体应用中，处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-PrograAAable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
在具体应用中，外部处理设备可以是桌上型计算机、笔记本电脑、平板电脑、工控机、手机等具备数据处理和显示功能的设备。
本实施例通过额外增加一个参考气室，可以对待测试气体的气体浓度测试数据和标准气体的吸收峰波长位置测试数据进行对比处理，得到对比结果，从而有效提高测试结果的准确性和精确度。
应当理解的是，实施例四所提供的小型化高灵敏度气体传感器400相对于实施例三所提供的小型化高灵敏度气体传感器300的工作原理基本相同，实施例四中仅着重介绍两者之间的区别点，实施例三中的其他实施方式亦可等效应用于实施例三，此处不再赘述。
实施例五
如图8所示，本实施例提供一种小型化高灵敏度气体传感器500，其在实施例三或实施例四的基础上，还包括：
一个聚焦准直透镜305，位于激光器301的出射端和输入端101的入射端之间，用于对激光器301发出的光束进行聚焦和准直。
图8示例性的示出了小型化高灵敏度气体传感器500在实施例四的基础上，还包括一个聚焦准直透镜305的情况。
在具体应用中，聚焦准直透镜由具备聚焦作用的聚焦透镜和具备准直作用的准直透镜组合而成，具体实现方式可以根据实际需要进行设置。
在一个实施例中，所述小型化高灵敏度气体传感器，还包括：
一个会聚透镜，位于输出端的出射端和探测器的入射端之间，用于将从输出端输出的光束会聚至探测器的入射端。
在具体应用中，会聚透镜由具备光线会聚作用的至少一个透镜组成，具体实现方式可以根据实际需要进行设置。
本实施例中通过在激光器的出射端额外设置聚焦准直透镜，可以有效控制激光束的光斑大小，使得光斑间的窜扰最小；通过在探测器的入射端设置会聚透镜，利于完全、准确地接收从输出端输出的光束。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效光程折叠器件，其特征在于，包括：
一个输入端，用于输入光束；
一个输出端，用于输出光束，所述输入端与所述输出端分离设置；
一个主平面反射镜；
一个凹面反射镜，具有一个焦平面，所述焦平面到所述凹面反射镜的距离为所述凹面反射镜的焦距f；所述焦平面具有一个原点，所述原点为所述主平面反射镜与凹面反射镜组成的光学系统光轴在所述焦平面上的交点；
一个倾斜反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述倾斜反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ1；所述倾斜角θ1不为零；
所述输入端的入射面、所述输出端的出射面、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜共面且位于所述凹面反射镜的焦平面；
光束从所述输入端输入，通过所述凹面反射镜、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜之间的多次反射后，从所述输出端输出。
2.如权利要求1所述的高效光程折叠器件，其特征在于，所述输出端位于所述输入光束被所述凹面反射镜反射4的正整数倍次之后达到所述焦平面的位置。
3.一种高效光程折叠器件，其特征在于，包括：
一个输入端，用于输入光束；
一个输出端，用于输出光束，所述输入端与所述输出端分离设置；
一个主平面反射镜；
一个凹面反射镜，具有一个焦平面，所述焦平面到所述凹面反射镜的距离为所述凹面反射镜的焦距f；所述焦平面具有一个原点，所述原点为所述主平面反射镜与凹面反射镜组成的光学系统光轴在所述焦平面上的交点；
一个倾斜反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述倾斜反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ1；所述倾斜角θ1不为零；
一个侧向反射镜，为面积小于所述主平面反射镜的平面反射镜，所述侧向反射镜的法线与所述主平面反射镜的法线之间的倾斜角为θ2；所述倾斜角θ2不为零；
所述输入端的入射面、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜共面且位于所述凹面反射镜的焦平面；
光束从所述输入端输入，通过所述凹面反射镜、所述主平面反射镜和所述倾斜反射镜之间的多次反射后，被所述侧向反射镜反射至所述输出端的入射端，从所述输出端输出。
4.如权利要求3所述的高效光程折叠器件，其特征在于，所述侧向反射镜位于所述输入光束被所述凹面反射镜反射2的正整数倍次之后达到所述焦平面的位置。
5.一种小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，包括权利要求1～4任一项所述的高效光程折叠器件，所述高效光程折叠器件设置于待测试气体所处的气室空间中；
所述小型化高灵敏度气体传感器还包括：
一个激光器，位于所述输入端的入射端，用于提供所述输入端输入的光束；
一个探测器，位于所述输出端的出射端，用于接收从所述输出端输出的光束并进行探测，得到所述待测试气体的气体浓度测试数据。
6.如权利要求5所述的小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，还包括：
一个分光镜，位于所述输入端的出射端，用于将从所述输入端输入的光束分成两路；
一个参考气室，密封有标准气体；
一个内部探测器，设置于所述参考气室内部，用于接收在所述参考气室内部传输的光束并进行探测，得到所述标准气体的吸收峰波长位置信息；
从所述输入端输入的光束被所述分光镜分成两路后，一路进入所述高效光程折叠器件，一路进入所述参考气室中传输至所述内部探测器。
7.如权利要求5或6所述的小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，还包括：
一个基座，用于提供所述气室空间，并将所述高效光程折叠器件固定于所述气室空间；
一个防护盖板，通过紧固件与所述基座机械连接，用于防止灰尘和水进入所述高效光程折叠器件，对所述高效光程折叠器件进行保护，并允许待测试气体渗入所述气室空间；
所述激光器和所述探测器设置于所述基座的外沿，所述激光器的出射端通过所述输入端与所述气室空间连通，所述探测器的入射端通过所述输出端与所述气室空间连通。
8.如权利要求5或6所述的小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，还包括：
一个聚焦准直透镜，位于所述激光器的出射端和所述输入端的入射端之间，用于对所述激光器发出的光束进行聚焦和准直。
9.如权利要求5或6所述的小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，还包括：
一个会聚透镜，位于所述输出端的出射端和所述探测器的入射端之间，用于将从所述输出端输出的光束会聚至所述探测器的入射端。
10.如权利要求6所述的小型化高灵敏度气体传感器，其特征在于，所述探测器还用于根据所述标准气体的吸收峰波长位置信息，对所述待测试气体的类别进行判定并测试其浓度。
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Denomination of invention: Efficient optical path folding device and miniaturized high sensitivity gas sensor Granted publication date: 20240206 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Xuzhou Branch Pledgor: Jiangsu Xuhai Photoelectric Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980011287 |