CN111025614A - 一种高抑制比光陷阱 - Google Patents

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陈钦芳
薛要克
刘阳
林上民
刘美莹
马占鹏
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    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
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Abstract

本发明提供了一种高抑制比光陷阱，解决现有光陷阱对随机入射光和平行光无针对性，入射光难以满足高精度的杂散光测试需求，成本较高的问题。该光陷阱包括底面、平行设置的两个等腰直角三角形侧面、形状相同的第一反射面和第二反射面；底面、第一反射面、第二反射面、等腰直角三角形侧面内壁材均为黑色玻璃；底面、第一反射面、第二反射面依次尾首连接形成三角柱框架；两个等腰直角三角形侧面分别位于三角柱框架两侧开口处，形成密封腔室；底面上设有通光孔，该通光孔靠近第一反射面；经通光孔进入的平行光依次经第一反射面反射、第二反射面反射至底面，经底面反射回的光线再依次经第二反射面反射、第一反射面反射后从通光孔出射。

Description

一种高抑制比光陷阱
技术领域
本发明属于杂散光抑制技术，具体涉及一种高抑制比光陷阱。
背景技术
光陷阱顾名思义是用于困住/俘获光线的器件。在杂散光测试中，光陷阱主要用于收集光线，并将其衰减，达到抑制背景辐射、提高系统测试精度的目的。光陷阱抑制的对象有方向随机性的入射光，如测试系统或待测设备的表面散射光；也有平行光或准平行光，主要是入射信号光的残余光束。
传统的光陷阱有牛角型或锥形的结构，其内壁通常喷涂黑漆或粘贴黑色消光布、黑色消光薄膜，内壁经消光处理后，表面近似服从朗伯体散射，光谱吸收效率可介于95％～98％之间，入射光进入光陷阱后经过一次(一次散射水平在5％～2％之间)或多次散射后再返回入射光传输空间。传统的光陷阱不管是对随机入射光还是平行光都适用，缺点是没有针对性，光线散射路径不可控，难以满足高精度的杂散光测试需求。而且随着内壁消光材料吸收率的提高，成本大幅增加，这些材料价格大概在每平方分米几百到几千元人民币的范围。
发明内容
为了解决现有光陷阱对随机入射光和平行光无针对性，入射光难以满足高精度的杂散光测试需求，以及成本较高的技术问题，本发明提供了一种高抑制比光陷阱。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种高抑制比光陷阱，其特殊之处在于：包括底面、第一反射面、第二反射面以及平行设置的两个等腰直角三角形侧面；所述底面、第一反射面、第二反射面、等腰直角三角形侧面的内壁材均为黑色玻璃；所述第一反射面、第二反射面形状相同，底面、第一反射面、第二反射面依次尾首连接，形成三角柱框架；所述两个等腰直角三角形侧面分别位于三角柱框架的两侧开口处，形成一个密封腔室；所述底面上设有通光孔，该通光孔靠近第一反射面；经通光孔进入的平行光或准平行光依次经第一反射面反射、第二反射面反射至底面，经底面反射回的光线再依次经第二反射面反射、第一反射面反射后从通光孔出射。
进一步地，所述黑色玻璃表面粗糙度小于3nm。
进一步地，所述底面的形状为矩形，所述第一反射面、第二反射面分别与矩形的两短边连接。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明高抑制比光陷阱，主要是针对平行光或准平行光的光陷阱，平行光或者准平行光入射至光陷阱面，经第一反射面的散射，有<10-4(可见光波段)的能量返回入射光传输空间，接近96％左右的光能量被黑色玻璃吸收，而4％左右的光经黑色玻璃表面反射5次后，再返回入射光传输空间，此时，能量衰减到10-7量级，可以忽略，因此，该陷阱对入射光的衰减能力<10-4水平，相对传统的光陷阱至少提高2个量级，同时，光陷阱的内壁材为黑色玻璃，黑色玻璃为浮法玻璃或有机玻璃，亦可大幅降低光陷阱的制造成本。
附图说明
图1为本发明高抑制比光陷阱的立体结构示意图；
图2为本发明高抑制比光陷阱一个方向的结构示意图；
图3为图2的左视图；
图4为图2的后视图；
图5为本发明高抑制比光陷阱的工作原理图。
其中，附图标记如下：
1-底面，11-通光孔，2-第一反射面，3-第二反射面，4-等腰直角三角形侧面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图1至图4所示，一种高抑制比光陷阱，包括底面1、第一反射面2、第二反射面3以及平行设置的两个等腰直角三角形侧面4；底面1、第一反射面2、第二反射面3、等腰直角三角形侧面4的内壁材均为黑色玻璃；第一反射面2、第二反射面3形状相同，底面1、第一反射面2、第二反射面3依次尾首连接，形成三角柱框架；两个等腰直角三角形侧面4分别位于三角柱框架的两侧开口处，形成一个密封腔室；底面1上设有通光孔11，该通光孔11靠近第一反射面2。底面1的形状为矩形，第一反射面2、第二反射面3分别与矩形的两长短边连接。
本实施例光陷阱结构，光陷阱内壁材用黑色玻璃，表面经过处理后，粗糙度优于3nm，甚至优于1nm，达到超光滑水平，黑色玻璃材料折射率为1.5左右，计算玻璃表面反射率R约为4％，入射空间和散射空间折射率差异为Δn＝2，光滑表面粗糙度均方根值为σλ<3nm，光波波长为λ，可见光波段按550nm计算，θi为入射光角度45°，则光滑表面总积分散射TIS公式如下：
Figure BDA0002334598790000031
由上式得到该黑色玻璃的表面散射<10-4水平。
本实施例光陷阱的工作原理如图5所示，平行光或准平行光从通光孔11入射至光陷阱的第一反射面2，其中<10-4光能量经第一反射面2表面散射后，直接返回入射光传输空间；接近96％的光能量被黑色玻璃吸收；而4％左右反射光左右的光束经第一反射面2(黑色玻璃表面)反射至第二反射面3，经第二反射面3反射至底面1，经底面1反射回的光线沿原路返回，依次经第二反射面3反射、第一反射面2反射后才能返回入射光传输空间，因此，反射光经内壁镜面反射5次后才能返回入射光传输空间，此时能量衰减到10-7量级，相对于一次散射光，返回的反射光能量可以忽略。
本实施例光陷阱采用的黑色玻璃可为浮法玻璃，其表面粗糙度在4～5nm水平，经过表面处理后，表面粗糙度<3nm，甚至优于1nm，达到超光滑水平，该实施例光陷阱内壁材料在面积不超过500mm×600mm的样板上，表面粗糙度优于1nm时，样板的制作成本不超过800元/m2；该光陷阱，主要针对平行光或准平行光的光陷阱，浮法玻璃表面粗糙度优于3nm时，光陷阱对入射光的衰减能力相对传统的光陷阱提高2个量级；甚至当表面粗糙度优于1nm时，光陷阱对入射光的衰减能力提高3个量级，同时亦可大幅降低光陷阱的制造成本。黑色玻璃亦可选用黑色有机玻璃。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (3)

1.一种高抑制比光陷阱，其特征在于：包括底面(1)、第一反射面(2)、第二反射面(3)以及平行设置的两个等腰直角三角形侧面(4)；
所述底面(1)、第一反射面(2)、第二反射面(3)、等腰直角三角形侧面(4)的内壁材均为黑色玻璃；
所述第一反射面(2)、第二反射面(3)形状相同，底面(1)、第一反射面(2)、第二反射面(3)依次尾首连接，形成三角柱框架；
所述两个等腰直角三角形侧面(4)分别位于三角柱框架的两侧开口处，形成一个密封腔室；
所述底面(1)上设有通光孔(11)，该通光孔(11)靠近第一反射面(2)；
经通光孔(11)进入的平行光或准平行光依次经第一反射面(2)反射、第二反射面(3)反射至底面(1)，经底面(1)反射回的光线再依次经第二反射面(3)反射、第一反射面(2)反射后从通光孔(11)出射。
2.根据权利要求1所述高抑制比光陷阱，其特征在于：所述黑色玻璃表面粗糙度小于3nm。
3.根据权利要求1或2所述高抑制比光陷阱，其特征在于：所述底面(1)的形状为矩形，所述第一反射面(2)、第二反射面(3)分别与矩形的两短边连接。
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