CN111948783A - 一种入射光线角度连续可调装置及角度连续调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种入射光线角度连续可调装置及角度连续调节方法，入射光线角度连续可调装置包括有平面反射镜、电动旋转台和离轴椭圆形反射镜，平面反射镜固定在电动旋转台上，平面反射镜的反射面中心与电动旋转台的旋转中心重合，平面反射镜的反射面朝向离轴椭圆形反射镜的内壁，离轴椭圆形反射镜建立了非旋转椭圆形共轭反射面，非旋转椭圆形共轭反射面具有两个焦点，其中一个焦点与平面反射镜的反射面中心重合，另一焦点汇聚到样品待测表面上。本发明可在一定角度范围内连续调节光路入射角度，具有结构简单、植入光路系统中的调节方法便捷等特点，且在连续调节过程中能够保证光路入射点固定不点。

Description

一种入射光线角度连续可调装置及角度连续调节方法

技术领域

本发明涉及激光光路调节技术领域，具体是一种入射光线角度连续可调装置及角度连续调节方法。

背景技术

光学薄膜的光学性质包括透射率、反射率、吸收和散射等光谱特性。反射率的测量过程中，在某些应用场合下的测试过程中需要引入具有不同波段波长的激光，测试同一或不同光学元件的上的光学薄膜对于不同波长激光的反射率特性，在测量的过程中，需要使激光斜入射，就涉及到激光入射角的调节问题，且进行激光入射角度调节的过程中还需要保持汇聚点的位置固定不变，否则会引入较大的测量误差。以往的实现方法中有采用同轴会聚的方法，也有采用直线位移台配合旋转机构带动平面反射镜直线运动的过程中同时进行旋转运动以实现入射角度调节的，其方法都较为繁琐。同轴汇聚的方法：聚光镜的光轴与样品表面成一定角度，入射激光与汇聚透镜的光轴重合，此时聚光镜光轴与样品表面的夹角就是激光入射角。若要改变入射角，就要改变聚光镜光轴，而且在调节聚光镜的同时为了保证激光与汇聚透镜光轴重合也需要调节激光光路。同轴汇聚方法所需要的角度调节机构非常复杂，而且调节过程中要保持汇聚点位置固定不变也很困难，不能做到实时调节，因此需要一种更好的调节激光入射角的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种入射光线角度连续可调装置及角度连续调节方法，可在一定角度范围内连续调节光路入射角度，具有结构简单、植入光路系统中的调节方法便捷等特点，且在连续调节过程中能够保证光路入射点固定不点。

本发明的技术方案为：

一种入射光线角度连续可调装置，包括有平面反射镜、电动旋转台和离轴椭圆形反射镜，所述的平面反射镜固定在电动旋转台上，平面反射镜的反射面中心与电动旋转台的旋转中心重合，所述的平面反射镜的反射面朝向离轴椭圆形反射镜的内壁，所述的离轴椭圆形反射镜建立了非旋转椭圆形共轭反射面，非旋转椭圆形共轭反射面具有两个焦点分别为焦点A和焦点B，焦点A与平面反射镜的反射面中心重合；入射光路经过平面反射镜反射的反射光线射向离轴椭圆形反射镜的内壁，平面反射镜反射的反射光线即为从非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A发出的光线，经离轴椭圆形反射镜的内壁反射后汇聚到非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，所述的离轴椭圆形反射镜的内壁反射后的光线即为角度连续可调的入射光线，所述的焦点B汇聚到样品待测表面上，所述的样品待测表面与入射光路保持垂直，所述的入射光路与样品待测表面的垂直交点即为焦点B。

所述的入射光路由前光路调节小孔穿过照射到平面反射镜的反射面中心，前光路调节小孔用于调节入射光路，使入射光路照射到平面反射镜的反射面中心。

邻近所述的样品待测表面的位置设置有后光路调节小孔，后光路调节小孔用于调节入射光路，使入射光路与样品待测表面保持垂直。

一种入射光线角度连续调节方法，具体包括有以下步骤：

(1)、建立非旋转椭圆形共轭反射面，将离轴椭圆形反射镜作为共轭反射的载体，将电动旋转台的旋转中心置于非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A处；

(2)、将平面反射镜放置于电动旋转台上并固定，且平面反射镜反射面的中心与电动旋转台的旋转中心重合；

(3)、将由离轴椭圆形反射镜、电动旋转台、平面反射镜构成的装置整体置于需要进行入射角度连续调节的光路系统中，保证入射光路的光线入射点落在平面反射镜反射面的中心处；

(4)、将光学元件的待测表面置于非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B处，并使得待测表面与入射光路保持垂直；

(5)、控制电动旋转台带动平面反射镜转动以使得平面反射镜的反射面与入射光路呈一定角度，经过平面反射镜反射的反射光线射向离轴椭圆形反射镜的内壁，平面反射镜反射的反射光线即为从非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A发出的光线，经离轴椭圆形反射镜的内壁反射后汇聚到非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，调整样品使得焦点B汇聚到样品待测表面上，所述的样品待测表面与入射光路保持垂直，离轴椭圆形反射镜的内壁反射后照射到样品待测表面上的光线即为角度连续可调的入射光线；

(6)、角度连续调节时，电动旋转台带动平面反射镜旋转，入射光路经平面反射镜反射的光线也以焦点A为中心按照相应的方向旋转，平面反射镜反射的光线与入射光路的夹角为θ，离轴椭圆形反射镜的内壁反射后的光线入射到样品待测表面上即非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，离轴椭圆形反射镜反射后照射到样品待测表面上的光线其入射角为α，其中

对于确定的非旋转椭圆形共轭反射面，等式左边为常数，则得出角度θ与入射角α的关系，即通过电动旋转台带动平面反射镜调节角度θ从而调节入射角α。

本发明的优点：

(1)、本发明的结构简单，植入光路系统中的调节方法便捷；

(2)、本发明可实现入射角度可连续进行调节，旋转电动旋转台即可实现，且连续调节入射角度的同时，光路的入射点固定不变；

(3)、本发明通过调整离轴椭圆形反射镜的尺寸规格，可实现角度调节范围的变化；

(4)、本发明结构紧凑，易于实现模块化，成为一个可在不同应用场合下通用的角度连续调节装置。

附图说明

图1是本发明入射光线角度连续可调装置的结构示意图。

图2是本发明用于反射率测量的系统结构示意图。

图3是本发明入射角度连续调节的原理示意图。

其中，1-入射光路，2-前光路调节小孔，3-离轴椭圆形反射镜，4-电动旋转台，5平面反射镜，6-后光路调节小孔，7-样品待测表面，8为非旋转椭圆形共轭反射面，9-双凸透镜，10-积分球，11-积分球挡片，12-探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

见图1-图3，一种入射光线角度连续可调装置，包括有平面反射镜5、电动旋转台4和离轴椭圆形反射镜3，平面反射镜5固定在电动旋转台4上，平面反射镜5的反射面中心与电动旋转台4的旋转中心重合，平面反射镜5的反射面朝向离轴椭圆形反射镜3的内壁，离轴椭圆形反射镜3建立了非旋转椭圆形共轭反射面8，非旋转椭圆形共轭反射面8具有两个焦点A和B，焦点A与平面反射镜5的反射面中心重合。

其中，入射光路1由前光路调节小孔2穿过照射到平面反射镜5的反射面中心，前光路调节小孔2用于调节入射光路1，使入射光路1照射到平面反射镜5的反射面中心；邻近样品待测表面7的位置设置有后光路调节小孔6，后光路调节小孔6用于调节入射光路1，使入射光路1与样品待测表面7保持垂直。

一种入射光线角度连续调节方法，具体包括有以下步骤：

(1)、建立非旋转椭圆形共轭反射面8，将离轴椭圆形反射镜3作为共轭反射的载体，将电动旋转台4的旋转中心置于非旋转椭圆形共轭反射面8的焦点A处；

(2)、将平面反射镜5放置于电动旋转台4上并固定，且平面反射镜5反射面的中心与电动旋转台4的旋转中心重合；

(3)、将由离轴椭圆形反射镜3、电动旋转台4、平面反射镜5构成的装置整体置于需要进行入射角度连续调节的光路系统中，保证入射光路1的光线入射点落在平面反射镜5反射面的中心处；

(4)、将光学元件的待测表面7置于非旋转椭圆形共轭反射面8的焦点B处，并使得待测表面7与入射光路1保持垂直，入射光路1与样品待测表面7的垂直交点即为焦点B；

(5)、控制电动旋转台4带动平面反射镜5转动以使得平面反射镜5的反射面与入射光路1呈一定角度，经过平面反射镜5反射的反射光线射向离轴椭圆形反射镜3的内壁，平面反射镜5反射的反射光线即为从非旋转椭圆形共轭反射面8的焦点A发出的光线，经离轴椭圆形反射镜3的内壁反射后汇聚到非旋转椭圆形共轭反射面8的焦点B上，焦点B汇聚到样品待测表面7上，样品待测表面7与入射光路1保持垂直，离轴椭圆形反射镜3的内壁反射后照射到样品待测表面7上的光线即为角度连续可调的入射光线，本实施例入射光线其角度调节范围为10゜-45゜；

(6)、角度连续调节时，电动旋转台4带动平面反射镜5旋转，入射光路1经平面反射镜5反射的光线也以焦点A为中心按照相应的方向旋转，平面反射镜5反射的光线与入射光路1的夹角为θ，离轴椭圆形反射镜3的内壁反射后的光线入射到样品待测表面7上即非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，离轴椭圆形反射镜3反射后照射到样品待测表面7上的光线其入射角为α，根据图3所示，由于AO*sinθ＝BO*sinα,AB*sinα＝AO*sin(θ-α)，所以

对于确定的非旋转椭圆形共轭反射面，等式左边为常数，则得出角度θ与入射角α的关系，即可通过电动旋转台4带动平面反射镜5调节角度θ从而调节入射角α。

见图2，通过引入相应的探测组件和探测器，从而可实现在所需入射角度下的反射率/透射率的测量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种入射光线角度连续可调装置，其特征在于：包括有平面反射镜、电动旋转台和离轴椭圆形反射镜，所述的平面反射镜固定在电动旋转台上，平面反射镜的反射面中心与电动旋转台的旋转中心重合，所述的平面反射镜的反射面朝向离轴椭圆形反射镜的内壁，所述的离轴椭圆形反射镜建立了非旋转椭圆形共轭反射面，非旋转椭圆形共轭反射面具有两个焦点分别为焦点A和焦点B，焦点A与平面反射镜的反射面中心重合；入射光路经过平面反射镜反射的反射光线射向离轴椭圆形反射镜的内壁，平面反射镜反射的反射光线即为从非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A发出的光线，经离轴椭圆形反射镜的内壁反射后汇聚到非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，所述的离轴椭圆形反射镜的内壁反射后的光线即为角度连续可调的入射光线，所述的焦点B汇聚到样品待测表面上，所述的样品待测表面与入射光路保持垂直，所述的入射光路与样品待测表面的垂直交点即为焦点B。

2.根据权利要求1所述的一种入射光线角度连续可调装置，其特征在于：所述的入射光路由前光路调节小孔穿过照射到平面反射镜的反射面中心，前光路调节小孔用于调节入射光路，使入射光路照射到平面反射镜的反射面中心。

3.根据权利要求1所述的一种入射光线角度连续可调装置，其特征在于：邻近所述的样品待测表面的位置设置有后光路调节小孔，后光路调节小孔用于调节入射光路，使入射光路与样品待测表面保持垂直。

4.根据权利要求1所述的一种入射光线角度连续可调装置的角度连续调节方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、建立非旋转椭圆形共轭反射面，将离轴椭圆形反射镜作为共轭反射的载体，将电动旋转台的旋转中心置于非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A处；

(2)、将平面反射镜放置于电动旋转台上并固定，且平面反射镜反射面的中心与电动旋转台的旋转中心重合；

(3)、将由离轴椭圆形反射镜、电动旋转台、平面反射镜构成的装置整体置于需要进行入射角度连续调节的光路系统中，保证入射光路的光线入射点落在平面反射镜反射面的中心处；

(4)、将光学元件的待测表面置于非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B处，并使得待测表面与入射光路保持垂直；

(5)、控制电动旋转台带动平面反射镜转动以使得平面反射镜的反射面与入射光路呈一定角度，经过平面反射镜反射的反射光线射向离轴椭圆形反射镜的内壁，平面反射镜反射的反射光线即为从非旋转椭圆形共轭反射面的焦点A发出的光线，经离轴椭圆形反射镜的内壁反射后汇聚到非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，调整样品使得焦点B汇聚到样品待测表面上，所述的样品待测表面与入射光路保持垂直，离轴椭圆形反射镜的内壁反射后照射到样品待测表面上的光线即为角度连续可调的入射光线；

(6)、角度连续调节时，电动旋转台带动平面反射镜旋转，入射光路经平面反射镜反射的光线也以焦点A为中心按照相应的方向旋转，平面反射镜反射的光线与入射光路的夹角为θ，离轴椭圆形反射镜的内壁反射后的光线入射到样品待测表面上即非旋转椭圆形共轭反射面的焦点B上，离轴椭圆形反射镜反射后照射到样品待测表面上的光线其入射角为α，其中

对于确定的非旋转椭圆形共轭反射面，等式左边为常数，则得出角度θ与入射角α的关系，即通过电动旋转台带动平面反射镜调节角度θ从而调节入射角α。

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