CN113834567A - 自动化的延迟线对准 - Google Patents

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CN113834567A CN202110806203.XA CN202110806203A CN113834567A CN 113834567 A CN113834567 A CN 113834567A CN 202110806203 A CN202110806203 A CN 202110806203A CN 113834567 A CN113834567 A CN 113834567A
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Abstract

本申请提供一种系统和方法，其用于在诸如泵浦‑探测装置的光谱测量装置中对准光束。该系统和方法包括：第一电动反射镜(66b)，所述第一电动反射镜定位成接收和发送光束(60a)；第二电动反射镜(66c)，所述第二电动反射镜相对于第一反射镜定位以接收来自第一反射镜的光束并且将光束传输到延迟线(64)；第三反射镜(78)，所述第三反射镜定位成接收来自延迟线的光束并且将所述光束传输到检测器(80)；和基于计算机的处理器(82)，所述基于计算机的处理器与检测器和第一反射镜和第二反射镜通信，所述处理器配置为：a)接收并且处理与来自检测器的光束有关的数据，和b)基于与光束相关的数据引起第一反射镜和第二反射镜移动以改变第一反射镜和第二反射镜的角度。

Description

自动化的延迟线对准
本发明申请是基于申请日为2016年8月19日，申请号为201680061777.6(国际申请号为PCT/US2016/047838)，发明名称为“自动化的延迟线对准”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方案涉及用于在光门控(泵浦-探测)光谱仪中对准光延迟线的系统和方法，以在泵浦-探测测量步骤中保持在延迟线之后的初始光束的指向。
背景技术
光学门控光谱方法(泵浦-探测瞬态吸收、升频转换荧光等)广泛用于研究快速光诱导过程(例如化学反应等)。在泵浦探测设置中，激光束分为泵浦脉冲和瞬时延迟探针脉冲。一般而言，样品用激光泵脉冲进行照射，从而在样品中产生激发(或其它扰动)。然后，在可调节的时间延迟之后和激发态弛豫的同时，将激光探测脉冲发送到样品中。通常用光延迟线控制时间延迟。通过分析来自探测脉冲的光的强度，测量样品的透射率或反射率。这在一系列泵浦-探测延迟上重复，以测量在激光束泵浦脉冲的周期性激发之后样品随时间的光致变化。
光延迟线通常通过精确地控制后向反射器的位置进行工作。在后向反射器中，光束沿着与光束源平行但相反的方向的矢量反射回来。后向反射器的位置的任何变化都会影响到光束在到达样品前必须行进的路径长度。人们可以根据光速计算激光脉冲在多大程度上随着后向反射器的位置变化而延迟。通过监视探测脉冲随着时间延迟的变化，可以获得产生的激发衰减或泵脉冲启动的其它过程的信息。
图1示出常规泵浦探测装置的实施方式。如所示的，泵浦探测装置10包括产生激光束14的激光源12和将激光束14分成泵浦脉冲束18和探测脉冲束20的半透明分束器16。两个光束遵循不同的光路但在空间上重叠在样品22中。泵浦脉冲束18经由一系列反射镜引导至样品22，并且传入的探测脉冲束20a引导至可变(电动)的光延迟线24。光延迟线24是反射装置，其包括安装在电动平移台28(安装平台)上的后向反射器组件30，该电动平移台28沿着轨道(箭头
Figure BDA0003166468560000021
)移动。在测量周期的过程中，平移台28和后向反射器30沿着轨道平移，以便改变相对于泵浦脉冲束18长度的探头脉冲束20的束路径长度，从而将探测脉冲束向样品的传送延迟一段时间。来自后向反射器30的输出探测束20b由反射镜32指向延迟线的下游，然后到达反射镜34，该反射镜34将光束引导到样品22上。在通过样品的反射或透射之后，监测探测光束20的强度。
入射探测光束20a与光延迟线24的后向反射器30的正确对准是泵浦-探测测量实验的关键要求，因为在延迟线轨道上的任何点，输出的探测脉冲束20a指向延迟线24需要在测量过程中保持相同的轨迹。这是通过在入射光束进入延迟线24之前适当地对准入射光束20a来实现的。如果入射光束20a轨迹不与延迟台(和后向反射器)的适当轴对齐，则从后向反射器发出的探测脉冲束20b的指向在测量过程中将随着延迟台(和后向反射器)沿着轨道平移而变化。这将进而影响样本中泵浦光束18和探测光束20的空间重叠并且导致不准确的数据。然而，通过光延迟线实现入射探测光束20a的准确对准是耗时的并且需要特殊的技术培训。
入射探测光束20a通过延迟线24的对准目前通过手动调整将探测脉冲束20引导到延迟线中的转向反射镜26来执行。例如，将延迟台28(和后向反射器30)从轨道一端移动到另一端并且监视输出探测脉冲束20b的位置时，使用商购可得的光束分析仪或位置敏感检测器40并且结合分束器(反射镜)38(分束器38将输出的探测脉冲束20b分开并将其引导至检测器40)，或者通过眼睛监测目标上的光束位置，然后基于这些观察结果手动调整转向反射镜26的角度，以通过确保入射光束20a对准并且进入平行于延迟线平移轴36的延迟线从而使射出探测光束20b的“离开”(即，偏移)最小化。然而，这种方法的问题在于，只有一面反射镜26可以被操纵，并且用户不能控制延迟线之后的输出探测脉冲束20b的指向。因此，在进行延迟线的每次对准之后，需要随后对准位于延迟线24“下游”的光学设置(例如至少反射镜32和34以及可能的其它反射镜)。
图2示出通过主动光束稳定将光束与延迟线对齐的常规系统10'的另一实施方式。这种系统主动补偿从后向反射器出射光束的对准的变化，以保持光束沿着适当的轨迹指向。在主动光束稳定系统10'中，电动反射镜M1、M2通过连接到对应的位置敏感光电检测器40a、40b的闭环控制器42、44的反馈回路进行控制。当光束坐标远离光电检测器40a、40b的中心移动时，将电动转向反射镜M1、M2激活以补偿位移并且使光束回到检测器的中心。这是高速完成的，以确保由光学设置(即反射镜M1、M2等)的变化引起的光束位移最小化。该方法中，不考虑反射镜M1、M2与光电检测器40a、40b之间的距离。通过简单地保持光束沿着通过空间中相同两个点的轨迹行进来实现光束稳定。
然而，在泵浦探测实验中，主动光束稳定方法是不可接受的，因为一旦开始延迟线扫描，则入射或出射光束轨迹不能改变。这种“实时”轨迹变化重新调整将不可预测地影响由于改变延迟线的后向反射器位置而延迟的激光束会有多少。
因此，需要用于在光学门控光谱测量系统中对准与延迟线位置相关的探测光束的设置和方法，其将克服前述问题。
发明内容
在实施方式中，本发明提供用于在光谱测量装置中对准光束的系统，所述对准系统包括：
第一电动反射镜(mirror)，所述第一电动反射镜定位成接收和发送光束；
第二电动反射镜，所述第二电动反射镜相对于第一反射镜定位以接收来自第一反射镜的光束并且将光束传输到延迟线；
第三反射镜，所述第三反射镜定位成接收来自延迟线的光束并且将所述光束传输到检测器；和
基于计算机的处理器，所述基于计算机的处理器与检测器和第一反射镜和第二反射镜通信，所述处理器配置为：a)接收并且处理与来自检测器的光束有关的数据，和b)基于与光束相关的数据引起第一反射镜和第二反射镜的移动以改变第一反射镜和第二反射镜的角度。
在其它实施方式中，本发明提供用于在诸如泵浦-探测装置的光谱测量装置中对准光束的方法。
本发明包括以下实施方案：
1.一种用于在光谱测量装置中对准光束的系统，所述对准系统包括：
第一电动反射镜，所述第一电动反射镜定位成接收和发送光束；
第二电动反射镜，所述第二电动反射镜相对于第一反射镜定位以接收来自第一反射镜的光束并且将光束传输到延迟线；
第三反射镜，所述第三反射镜定位成接收来自延迟线的光束并且将所述光束传输到检测器；和
基于计算机的处理器，所述基于计算机的处理器与检测器和第一反射镜和第二反射镜通信，所述处理器配置为：a)接收并且处理与来自检测器的光束有关的数据，和b)基于与光束相关的数据引起第一反射镜和第二反射镜移动以改变第一反射镜和第二反射镜的角度。
2.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，所述方法包括：
a)任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动反射镜和第二电动反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；
b)在延迟线处于第一位置并且第一反射镜和第二反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一反射镜和第二反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；
c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)建立第一反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
e)建立第二反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；和
f)建立延迟线的位置与检测器上的光束位置之间的关系。
3.根据项2所述的方法，其进一步包括通过记录在延迟线的不同位置处检测器上的光束位置来验证光束的光束对准。
4.根据项2所述的方法，在步骤f)之后，该方法进一步包括：
g)确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。
5.根据项5所述的方法，在步骤g)之后，该方法进一步包括：
h)调整第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束传输到检测器上的期望位置。
6.根据项2所述的方法，其中建立第一反射镜和第二反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系的步骤d)和e)包括：
(1)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜或第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
(2)沿着水平轴以第二角度移动步骤(1)的反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置发射到基于计算机的处理器；和
(3)对于第一反射镜和第二反射镜中的另一个进行重复步骤(1)和(2)。
7.根据项2所述的方法，其中在延迟线的位置和检测器上的光束位置之间建立关系的步骤f)包括：
(1)将延迟线移动至第二位置；和
(2)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜或第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
(3)沿着水平轴以第二角度移动步骤(2)的反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；和
(4)对于所述第一反射镜和第二反射镜中的另一个重复步骤(2)和(3)。
8.根据项7所述的方法，其进一步包括在步骤(4)之后：
(5)将延迟线移动到第三位置并且重复步骤(2)到(4)。
9.根据项8所述的方法，其包括在步骤(5)之后：
(6)确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。
10.根据项2所述的方法，其中在延迟线的位置和检测器上的光束位置之间建立关系的步骤f)包括：
(1)将延迟线移动至第二位置，和
a)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
b)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
c)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；
(2)将延迟线移动到第三位置并且重复步骤(1a)到(1d)；和
(3)确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。
11.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，所述方法包括：
a)任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动反射镜和第二电动反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；
b)在延迟线处于第一位置并且所述第一反射镜和第二反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一反射镜和第二反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；
c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)建立第一反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系：
(1)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜；
(2)记录检测器上的第二光束位置并且将所述第二光束位置发送到基于计算机的处理器；
(3)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜；和
(4)记录检测器上的第三光束位置并且将所述第三光束位置传送到基于计算机的处理器；
e)建立第二反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系：
(1)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜；
(2)记录检测器上的第四光束位置并且将所述第四光束位置传送到基于计算机的处理器；
(3)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜；和
(4)记录检测器上的第五光束位置并且将所述第五光束位置传送到基于计算机的处理器；
f)建立延迟线的位置与检测器上的光束位置之间的关系：
(1)将延迟线移动至第二位置；和
(1a)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜；
(1b)记录检测器上的第六光束位置并且将所述第六光束位置传送到基于计算机的处理器；
(1c)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜；和
(1d)记录检测器上的第七光束位置并且将所述第七光束位置传送到基于计算机的处理器；
(1e)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜；
(1f)记录检测器上的第八光束位置并且将所述第八光束位置传送到基于计算机的处理器；
(1g)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜；和
(1h)记录检测器上的第九光束位置并且将所述第九光束位置传送到基于计算机的处理器；和
(2)将延迟线移动至第三位置并且重复步骤(1a)至(1h)；
g)处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和
h)调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。
12.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，该装置包括对准系统，所述方法包括：
任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括第一电动反射镜和第二电动反射镜、第三反射镜和检测器；
将光束从第一反射镜传输到第二反射镜，然后通过位于第一位置的延迟线传输到检测器，并且记录检测器上的光束位置；
在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
将延迟线移动到第二位置和第三位置，并且在延迟线的第二位置和第三位置的各位置处，在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和
调整第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。
13.根据项12所述的方法，其中沿着垂直轴和水平轴中至少之一改变反射镜的角度，并且沿着所述垂直轴和所述水平轴记录各角度的光束位置。
14.根据项13所述的方法，其中反射镜的角度沿着垂直轴和水平轴两者都发生改变。
15.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，该装置包括对准系统，并且所述方法包括：
任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括第一电动反射镜和第二电动反射镜、第三反射镜和检测器；
将光束从第一反射镜传输到第二反射镜，然后通过位于第一位置的延迟线传输到检测器，并且记录检测器上的光束位置；
在改变第一反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
将延迟线移动到第二位置，并且在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
将延迟线移动到第三位置，并且在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；
处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和
调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。
16.根据项15所述的方法，其中沿着垂直轴和水平轴中至少之一改变反射镜的角度，并且沿着所述垂直轴和所述水平轴记录各角度的光束位置。
附图说明
图1是常规泵浦探测装置的实施方式的描述。
图2是通过主动光束稳定将光束与延迟线对准的常规系统的另一实施方式的描述。
图3是根据本发明的光束对准系统的实施方式的描述。
图4是用于确定测量系统的几何模型的校准过程的实施方式的描述。
图5是对于测量系统的延迟线和反射镜的对准过程的实施方式的描述。
具体实施方式
本发明的各种实施方式涉及对准光延迟线以在泵浦-探测测量过程中保持延迟线之后的初始探测光束指向的方法。
图3示出根据本发明的用于对准光束的系统50的实施方式，将所述用于对准光束的系统50并入到泵浦-探测测量系统中。
如图所示，泵浦探测系统50包括产生激光束54的激光源52和将激光束54分成泵浦脉冲束58和探测脉冲束60的半透明分束器(反射镜)56。两个光束沿着不同的光路引导至样品62，光束58、60在空间上重叠于样品62中。泵浦脉冲束58经由一系列反射镜(例如，M'、M”)引导至样品62，并且探测脉冲束60经由一系列反射镜(例如，66a、66b、66c)引导至光延迟线64。在一些实施方式中，泵浦脉冲束和探测脉冲束可以互换。例如，泵浦脉冲束可以通过反射镜66a、66b、66c引导至光延迟线，并且探测脉冲束可以引导至样品(例如，经由反射镜M'、M”)。
光延迟线64包括安装在计算机控制的电动线性平移台68上的光学后向反射器组件70，光学后向反射器组件70沿着轨道(箭头
Figure BDA0003166468560000091
)平移(移动)。平移台68(和向后反射器70)的位置在泵浦-探测测量周期的过程中通过沿着轨道的电动运动而改变，以修改相对于泵浦脉冲束58长度的探测脉冲束60的光束路径长度，这延迟探测脉冲束向样品的传送达设定的时间段。在实施方式中，来自后向反射器70的输出探测束60b通过由反射镜72引导到延迟线的下游然后引导到反射镜74上，反射镜74将该光束引导到样品62上。在泵浦-探测测量过程中，对样品之后的探测脉冲束60的强度随着延迟线位置的变化进行监测。
本发明的对准系统50如下提供输出探测脉冲波束60b的对准：保持输入探测束60a在其进入延迟线64之前的适当对准以确保输入光束60a平行于延迟线的平移轴76进入延迟线。
在图3所示的对准系统50的实施方式中，输入的探测脉冲束60a通过分束器(反射镜)56引导到可变(电动)光延迟线64中以到达反射镜66a，反射镜66a指引光束60a到两个计算机控制的电动转向反射镜66b、66c。
作为对准系统50的一部分，分束器(反射镜)78位于输出探测脉冲束60b的路径中。分束器78将输出的探测脉冲束60b分离成光束60c，并且将光束60c引导至计算机接口的位置敏感检测器80(例如，激光束分析仪)。位置敏感检测器的实例包括例如2D照相机、网络摄像机、四象限光电检测器或其它检测装置。检测器上的光束60c的位置记录为对应于出射光束60b轨迹并且在离开光延迟线64之后指向的数据点。位置敏感检测器80连接到与两个电动转向反射镜66b、66c连接的计算机(或其它微处理器)82，该电动转向反射镜66b、66c将输入探测脉冲束60a转向到光延迟线64中。
本发明的对准系统利用基于软件的方法，以对准光延迟线64同时保持延迟线后的输出探测光束的指向。
在一种实施方式中，对准方法包括首先确定在进行延迟线对准之前建立的系统的几何模型。这允许最小化对准时间和快速收敛算法。为了设计系统建立的几何模型，确定光学元件(即，反射镜等)之间的近似距离并且进行记录(例如，输入到软件中)。例如，在图3所示的系统的实施方式中，可以测量和记录以下部件之间的距离：光束60在转向反射镜66b、66c之间行进的距离，以及对于延迟线64的给定位置的反射镜66c和检测器70之间的距离。
在下一步骤中，延迟线(即，平移台68)设置在第一位置，两个电动转向反射镜66b、66c定位在设定角度处，并且输入探测光束60a经由反射镜66b、66c转向进入光延迟线64。从延迟线出射的输出探测光束60b然后通过分束器(反射镜)78截留并且分离，该分束器(反射镜)78将光束60c引导到位置敏感检测器80。检测器80上光束60c的位置传输到计算机82。然后反射镜66b移动和沿着垂直轴以计算的角度重新定位。记录相应的光束位置偏移由检测器80并且传送到计算机。然后反射镜66b移动和沿着水平位置以计算的角度重新定位。相应的光束位置偏移由检测器80记录并且传送到计算机。然后对反射镜66c进行同样的操作。对于几个延迟线位置重复以不同的计算角度重新定位反射镜66b、66c的这一步骤。即，延迟线(即，平移台68)沿着轨道平移(移动)到第二位置。然后，反射镜66b沿着垂直轴以计算的角度移动。相应的光束位置偏移由检测器80记录并且传送到计算机。然后，反射镜66b沿着水平位置以计算的角度移动。相应的光束位置偏移由检测器80记录并且传送到计算机。然后对反射镜66c进行同样的操作。重新重复如下步骤：重新定位延迟线和转向镜66b、66c，以及检测和记录出射(分离)光束60c。因此，获取检测器60上的输出(分离)光束60c位置的多个数据点并且进行记录。
然后通过处理所获得的数据点来确定泵浦-探测装置建立的几何模型(例如，如图4所示)。模型数据进行保存并且用于计算转向反射镜66b、66c的期望角度调整，以确保正确的光束指向和延迟线对准。通过计算机(例如软件)如下验证对转向反射镜66b、66c的调整：在轨道长度上平移延迟线64，并且记录输出(分离)光束60c在位置敏感检测器80上的位置。如果测得的光束位移仍然过大，则该过程可以进行额外迭代，直到实现期望光束位移。
本发明的对准系统和方法提供将输入探测光束用光延迟线的后向反射器进行正确对准，导致输出探测脉冲束的预定指向在整个泵浦-探测测量过程中保持不变。这确保泵浦脉冲束和探测脉冲束在样品中的正确空间重叠和样品的准确数据测量。
校准
图4示出每个电动转向反射镜66b、66c(图3中所示)的校准原理，即，根据本发明确定(计算)包含对准元件的泵浦-探测系统的几何模型。
后向反射器70在光延迟线64上的位置规定了光必须在反射镜M(66b或66c)与位置敏感检测器80之间行进的距离。因此，通过移动延迟线，位置敏感检测器80的平面有效地定位成更接近或更远离镜M(66b或66c)，如图4所示。
保持静止的位置敏感检测器80位于平面AB或平面CD内，这取决于延迟线64的位置，延迟线64沿着轨道(箭头
Figure BDA0003166468560000111
)平移(移动)。通过控制延迟线64沿着轨道的位置，检测器80的平面可以相对于反射镜M(例如，66b、66c)任意偏移。
在本发明方法的实施方式中，进行用于确定泵浦-探测系统50(图3)的几何模型的校准。然后使用该校准来建立反射镜M(66b、66c)的旋转角度(角度A-M-B)与平面AB或平面CD内检测器80上激光束的位移之间的关系，这取决于延迟线64的位置。一旦建立该关系，软件可以预测反射镜(66b、66c)需要转动多大的角度，以使得对于延迟线64某一位置的光束入射到检测器80上的特定点(检测器80相距正在转动的反射镜(66b、66c)的距离)。
对准
在本发明方法的实施方式中，一旦进行校准并且确定泵浦-探测系统50，然后确定在延迟线64之后通过空间中的任何两个可接近点发送光束所需的延迟线位置和每个反射镜(66b、66c)的旋转角度。
对准泵浦探测光谱仪的总目标是定位光束(例如，出射光束60b、图3)，使得光束穿过点A和B作为期望的光轴，如图5所示。点A和B对应于检测器80上的相同位置，这意味着随着延迟线64的位置改变，光束在检测器上不偏移。
例如，在其中转向反射镜(66b、66c)和延迟线64未对准的设置中，光束(例如，出射光束60b、图3)可以沿着不是所需光轴(A-B)的轨迹，例如图5所示的轨迹C-D-E-F行进。在完成反射镜M1和M2(66b、66c)的校准过程之后，已经确定为使光束同时击中两对点A和B或E和F中的任一对点这些反射镜中每一个必须转动的计算角度。
因此，在一种实施方式中，在第一步骤(1)中，计算机发信号指令反射镜M1(例如，66c)以转向计算的角度，以将来自点D沿着直线的光束发送到点A处。在第二步骤(2)中，计算机(软件)发信号指令反射镜M2(例如，66b)转向计算的角度，以将从反射镜M1(例如，66c)反射的点C的光束发送到B点处。然而，通过这样做，光束现将偏移点A可预测的距离。然后可以重复步骤1至2，以获得光束指向的期望精度。
在另一实施方式中，基于建立的几何模型，计算机(软件)可以预先计算反射镜M1(例如，66c)应当旋转的角度以使超射点A，从而补偿反射镜M2(例如，66b)的后续旋转。在这种实施方式中，在第一步骤(1)中，计算机(软件)然后发信号以将反射镜M1(例如，66c)旋转到计算的角度，使得光束超射点A刚好足以补偿反射镜M2(例如，66b)的随后旋转。在第二步骤中，计算机(软件)发信号指令反射镜M2(例如，66b)以转向计算的角度，该角度将光束指向M1(例如，66c)，然后精确地指向A点。由于反射镜M1(例如，66c)在步骤一(1)中放置在正确位置，然后光束将准确地通过点B和A。为了补偿与反射镜旋转精度等有关的仪器误差，可以根据需要重复步骤1和2，以实现光束指向的期望精度。
在其它实施方式中，可以利用反射镜旋转的替代顺序，并且可以在必要时使用检测器反馈。
应该理解的是，本发明意在涵盖许多实施方式。例如，在实施方式中，本发明涉及用于在光谱测量装置中对准光束的系统，所述对准系统包括：第一电动反射镜，所述第一电动反射镜定位成接收和发送光束；第二电动反射镜，所述第二电动反射镜相对于第一反射镜定位以接收来自第一反射镜的光束并且将光束传输到延迟线；第三反射镜，所述第三反射镜定位成接收来自延迟线的光束并且将所述光束传输到检测器；和基于计算机的处理器，所述基于计算机的处理器与检测器和第一反射镜和第二反射镜通信，所述处理器配置为：a)接收并且处理与来自检测器的光束有关的数据，和b)基于与光束相关的数据使第一反射镜和第二反射镜移动以改变第一反射镜和第二反射镜的角度。
在另一实施方式中，本发明涉及在光谱测量装置中预对准光束的方法，所述方法包括：
a)任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动反射镜和第二电动反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；
b)在延迟线处于第一位置并且所述第一反射镜和第二反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一反射镜和第二反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；
c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)建立第一反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
e)建立第二反射镜的角度与探测器上光束位置之间的关系；和
f)建立延迟线的位置与检测器上的光束位置之间的关系。
在一种实施方式中，该方法进一步包括通过记录在延迟线的不同位置处检测器上的光束位置来验证光束的光束对准。
在一种实施方式中，在步骤f)之后，该方法还包括步骤g)：确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。
在一种实施方式中，确定检测器80上的光束位置60b如何取决于所述第一反射镜M1(例如66c)和第二反射镜M2(例如66b)和延迟线64的位置。在一种实施方式中，确定这种关系包括计算如图4所示三角形C-D-M的所有边和角度。在一种实施方式中，可以通过测量检测器80与反射镜M(例如，66b或66c)之间的距离C-M(例如，使用标尺)来进行计算。延迟线64移动距离F-D将导致检测器80上的光束60b移位距离B-F。角度B-F-D是已知的(例如，90°)，这允许计算与角度C-M-D相同的角度F-D-B。角度D-C-M是已知的(例如，90°)，这允许计算三角形C-D-M的所有边和角度。
在另一实施方式中，确定探测器80上的光束位置与反射镜(例如，66b、66c)角度和延迟线64位置的关系的步骤g)可以通过将光束60b从反射镜M(例如，66b或66c)指向检测器80的点D来进行。延迟线64然后可以移动距离D-F以将检测器80从平面C-D平移到平面A-B并且记录光束偏移距离B-F。然后，可以旋转反射镜M以将光束60b发送到检测器80上的点B1并且记录光束位置B-B1。然后，可以移回延迟线64以使检测器80回到平面C-D并且记录光束偏移距离B1-F1。角度B-F-D和B1-F1-D1是已知的(例如，90°)，这允许计算三角形B-D-F和B1-D1-F1的所有边和角度。该计算然后允许计算三角形D-D1-M的所有边和角度。已知距离D1-M、角度D1-C-M(例如，90°)和角度C-D1-M(例如，180°减去D-D1-M)，可以计算出三角形D1-C-M的所有边和角度。现在，已知三角形D-D1-M和D1-C-M的所有边和角度，可以容易地计算出三角形C-D-M的所有边和角度。可以使用其它计算三角形C-D-M的所有边和角度的方法。
在一种实施方式中，在步骤g)之后，该方法进一步包括步骤h)：调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束传输到检测器上的期望位置。
在一种实施方式中，建立所述第一反射镜和第二反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系的步骤d)和e)包括：(1)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜或第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；(2)沿着水平轴以第二角度移动步骤(1)的反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置发射到基于计算机的处理器，和(3)对于所述第一反射镜和第二反射镜中的另一个进行重复步骤(1)和(2)。在一种实施方式中，在延迟线的位置和检测器上的光束位置之间建立关系的步骤f)包括：(1)将延迟线移动至第二位置；(2)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜或第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；(3)沿着水平轴以第二角度移动步骤(2)的反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；和(4)对于所述第一反射镜和第二反射镜中的另一个进行重复步骤(2)和(3)。在一种实施方式中，在步骤(4)之后，该方法进一步包括步骤(5)：将延迟线移动到第三位置并且重复步骤(2)到(4)。在一种实施方式中，在步骤(5)之后，该方法进一步包括步骤(6)：确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。在一种实施方式中，在延迟线的位置和检测器上的光束位置之间建立关系的步骤f)包括：(1)将延迟线移动至第二位置，和a)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；b)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；c)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；d)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜以将光束传输到检测器，记录检测器上的光束位置，并且将所述光束位置传输到基于计算机的处理器；(2)将延迟线移动到第三位置并且重复步骤(1a)到(1d)；和(3)确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一反射镜和第二反射镜的角度以及延迟线的位置。
在另一实施方式中，本发明涉及用于在光谱测量装置中对准光束的方法，所述方法包括：a)任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动反射镜和第二电动反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；b)在延迟线处于第一位置并且所述第一反射镜和第二反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一反射镜和第二反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；d)建立第一反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系：(1)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜；(2)记录检测器上的第二光束位置并且将所述第二光束位置发送到基于计算机的处理器；(3)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜；和(4)记录检测器上的第三光束位置并且将所述第三光束位置传送到基于计算机的处理器；e)建立第二反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系：(1)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜；(2)记录检测器上的第四光束位置并且将所述第四光束位置传送到基于计算机的处理器；(3)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜；和(4)记录检测器上的第五光束位置并且将所述第五光束位置传送到基于计算机的处理器；f)建立延迟线的位置与检测器上的光束位置之间的关系：(1)将延迟线移动至第二位置；和(1a)沿着垂直轴以第一角度移动第一反射镜；(1b)记录检测器上的第六光束位置并且将所述第六光束位置传送到基于计算机的处理器；(1c)沿着水平轴以第二角度移动第一反射镜；和(1d)记录检测器上的第七光束位置并且将所述第七光束位置传送到基于计算机的处理器；(1e)沿着垂直轴以第一角度移动第二反射镜；(1f)记录检测器上的第八光束位置并且将所述第八光束位置传送到基于计算机的处理器；(1g)沿着水平轴以第二角度移动第二反射镜；和(1h)
记录检测器上的第九光束位置并且将所述第九光束位置传送到基于计算机的处理器；和(2)将延迟线移动至第三位置并且重复步骤(1a)至(1h)；g)
处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和h)调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。
在另一实施方式中，本发明涉及用于在光谱测量装置中对准光束的方法，该装置包括对准系统，所述方法包括：任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括第一电动反射镜和第二电动反射镜、第三反射镜和检测器；将光束从第一反射镜传输到第二反射镜，然后通过位于第一位置的延迟线传输到检测器，并且记录检测器上的光束位置；在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；将延迟线移动到第二位置和第三位置，并且在延迟线的第二位置和第三位置的各位置处，在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。在该方法的实施方式中，沿着垂直轴和水平轴中至少之一改变反射镜的角度，并且沿着所述垂直轴和所述水平轴记录各角度的光束位置。在一种实施方式中，反射镜的角度沿着垂直轴和水平轴两者都发生改变。
在另一实施方式中，本发明涉及用于在光谱测量装置中对准光束的方法，该装置包括对准系统，并且所述方法包括：任选地，确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括第一电动反射镜和第二电动反射镜、第三反射镜和检测器；将光束从第一反射镜传输到第二反射镜，然后通过位于第一位置的延迟线传输到检测器，并且记录检测器上的光束位置；在改变第一反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；将延迟线移动到第二位置，并且在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；将延迟线移动到第三位置，并且在改变第一反射镜的角度之后并且在改变第二反射镜的角度之后记录检测器上的光束位置；处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一反射镜和第二反射镜的角度随着延迟线位置的变化；和调整所述第一反射镜和第二反射镜的角度以将光束发送到检测器上的期望位置。在该方法的一种实施方式中，沿着垂直轴和水平轴中至少之一改变反射镜的角度，并且沿着所述垂直轴和所述水平轴记录各角度的光束位置。
具体而言，本发明意在不限于本文中包含的实施方式和说明，而是包括这些实施方式的修改形式，包括实施方式的部分和不同实施方式的要素组合，其都符合以下权利要求的范围。

Claims (5)

1.一种用于在光谱测量装置中对准光束的系统，所述系统包括：
第一电动双轴反射镜，所述第一电动双轴反射镜定位成接收和传输光束；
第二电动双轴反射镜，所述第二电动双轴反射镜相对于第一电动双轴反射镜定位以接收来自第一电动双轴反射镜的光束并且将光束传输到延迟线；
所述延迟线包括安装在计算机控制的电动线性平移台上的光学后向反射器组件，所述光学后向反射器组件沿着轨道平移；
为分束器的第三反射镜，所述第三反射镜定位成接收来自延迟线的光束并且将所述光束传输到检测器；和
基于计算机的处理器，所述基于计算机的处理器与检测器和第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜通信，所述处理器配置为：
a)接收并且处理来自检测器的与光束相关的数据；
b)基于与光束相关的数据引起第一电动双轴反射镜移动以改变第一电动双轴反射镜的角度；和
c)基于与光束相关的数据引起第二电动双轴反射镜移动以改变第二电动双轴反射镜的角度。
2.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，所述方法包括：
a)确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；
b)在延迟线处于第一轨道位置并且第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；
c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)建立第一电动双轴反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
e)建立第二电动双轴反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
f)建立延迟线的轨道位置与检测器上的光束位置之间的关系；和
g)调整第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜的角度以将光束传输到检测器上对应于期望的光束矢量的光束位置。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括通过记录在延迟线的不同轨道位置处检测器上的光束位置来验证光束的光束对准。
4.根据权利要求2所述的方法，在步骤f)之后，该方法进一步包括：
g)确定检测器上的光束位置如何取决于所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜的角度以及延迟线的轨道位置。
5.一种用于在光谱测量装置中对准光束的方法，所述方法包括：
a)确定对准系统的光学部件之间的距离，所述光学部件包括用于将光束传输到延迟线的第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜，检测器，以及用于将光束传输到检测器的第三反射镜；
b)在延迟线处于第一轨道位置并且所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜中的每一个都设置为第一角度的情况下，通过所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜将光束传导至延迟线，使得通过第三反射镜将离开延迟线的光束传输到检测器；
c)将检测器上的第一光束位置传输到基于计算机的处理器；
d)建立第一电动双轴反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
e)建立第二电动双轴反射镜的角度与检测器上的光束位置之间的关系；
f)建立延迟线的轨道位置与检测器上的光束位置之间的关系；
g)处理检测器上的光束位置变化以对应所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜的角度随着延迟线的轨道位置的变化；和
h)调整所述第一电动双轴反射镜和第二电动双轴反射镜的角度以将光束发送到检测器上对应于期望的光束矢量的光束位置。
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