CN115575326A - 一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于腔增强调节技术领域，具体涉及一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置和方法，所述适用于宽带腔增强系统的光路调节装置包括：光学平台、设置在所述光学平台上的系统光调节结构和参考光调节结构；所述系统光调节结构包括系统光光源组、沿系统光光源组的光路依次设置的光源端可调光阑组、聚焦透镜组、光学谐振腔组、光纤准直器组；在参考光和系统光发出后，通过往复调节反射镜组、探测端可调光阑组和光源端可调光阑组的相关参数，使得光源端可调光阑组和探测端可调光阑组的光阑直径均在指定区间下的光通过性能达到最佳；本发明在光路调节的过程中，保证系统光与参考光在同一轴向高度位置上，即可实现光谱信号的准确接收。

Description

一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置和方法

技术领域

本发明属于腔增强调节技术领域，具体涉及一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置和方法。

背景技术

腔增强吸收光谱技术是新发展起来的高灵敏度吸收光谱技术，可用于痕量气体和气溶胶等的实时现场测量，如NO₂和CHOCHO的检测等。相较于其他的NO₂测量方法，宽带腔增强系统具有卓越的灵敏度和稳定性，而使用非相干光源如LED光源作为痕量气体的探测光，成本更低。定制笼式的腔增强系统更是减小了系统的体积和重量，具备紧凑性、对称性、方便调节的结构特点。

宽带腔增强光谱技术作为腔增强吸收光谱技术的一种，近年来得到了广泛的应用，宽带腔增强技术多使用光谱仪作为接收端，但由于光谱仪其通光孔径非常小，光学谐振腔对系统光准直度要求较高，因此，宽带腔增强光谱技术对光路调节的精度要求较高。如若宽带腔增强系统的光路装置没有得到精确的调节，会直接影响探测器接收信号的有无和强弱。因此，保证出射光的准直效果和出光位置尤其重要。但是一般情况下，技术人员都是通过手动对准来进行光路调节，导致光路调节工作繁琐、时间耗费较长，并且调节精度也不高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种精准、快速的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置和方法，以解决现有技术中存在的光路调节操作繁琐且调节精度低的问题。需要注意的是，本发明以宽带腔增强系统的光路调节为例，发明所述的光路调节方法实际上适用于所有的腔增强光谱技术。

本发明实施例是这样实现的，一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，所述适用于宽带腔增强系统的光路调节装置包括：光学平台、设置在所述光学平台上的系统光调节结构和参考光调节结构；

所述系统光调节结构包括系统光光源组、沿系统光光源组的光路依次设置的光源端可调光阑组、聚焦透镜组、光学谐振腔组、光纤准直器组；所述系统光光源组用于发出系统光，所述光学谐振腔组内的待测气体吸收所述系统光中的特定频率光而形成待探测光，所述光纤准直器组用于接收所述待探测光并传输给光谱仪；

所述参考光调节结构包括参考光光源组、调光小孔组、反射镜组、探测端可调光阑组；所述参考光光源组用于发出参考光，所述调光小孔组设置在所述参考光光源组的光路上，用于缩束所述参考光，所述反射镜组设置在所述调光小孔组的出光侧，所述探测端可调光阑组设置在所述光学谐振腔组远离光源端可调光阑组的一端，所述反射镜组用于调节缩束后的所述参考光的传输方向，使该参考光能够经探测端可调光阑组进入光学谐振腔组；

其中，在参考光和系统光发出后，通过往复调节反射镜组、探测端可调光阑组和光源端可调光阑组的相关参数，使得光源端可调光阑组和探测端可调光阑组的光阑直径均在指定区间下的光通过性能达到最佳。

本发明实施例的另一目的在于提供一种适用于宽带腔增强系统的光路调节方法，所述光路调节方法用于所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，包括以下步骤：

调节光学谐振腔组，使光学谐振腔组的腔体中心平行于光学平台，固定参考光光源和系统光光源；

参考光的调节，调节调光小孔组中调光小孔的小孔光阑大小；调节反射镜组的固定位置和固定角度，使得通过反射镜组反射的参考光通过光学谐振腔组；

配合光源端可调光阑组和探测端可调光阑组进一步调节所述反射镜组；

高反镜组的安装和调节，将两个高反镜组分别安装在光学谐振腔组的两端，并调节高反镜组的位置，使得所述高反镜组反射前后的参考光光束重合；

系统光的调节，调节系统光光源，使得调节系统光光源发出的系统光在两个高反镜组以及光学谐振腔组的中心；

使光纤准直器对准光学谐振腔组的出光光路，实现信号接收。

本发明实施例提供的一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，在光路调节的过程中，保证系统光与参考光在同一轴向高度位置上，即可实现光谱信号的准确接收；引入参考光进行光路调节的参考，有助于降低调节难度，更便捷地使得光路能够探测到系统的最大光强；此外可利用激光作为参考光光源，LED光源作为系统光光源，实现基于大发散角、高亮度LED光源的宽带腔增强系统的光路准直调节。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种参考光调节结构的俯视图；

图2为本发明实施例提供的一种参考光调节结构的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的一种系统光调节结构的俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种系统光调节结构的立体结构图；

图5为本发明实施例提供的一种适用于宽带腔增强系统的光路调节方法的流程示意图；

图6为本发明实施例中精调参考光的流程示意图。

图中标记说明：10-光学平台，100-参考光调节结构，110-参考光光源组，111-激光器，112-激光器管座，113-第一接杆联结套件组，120-调光小孔组，121-调光小孔，122-第二接杆联结套件组，130-反射镜组，131-第一反射镜组，1311-第一反射镜，1312-第一反射镜可调固定器，1313-第三接杆联结套件组，132-第二反射镜组，1321-第二反射镜，1322-第二反射镜可调固定器，1323-第四接杆联结套件组，140-探测端可调光阑组，141-探测端可调光阑，142-第一可调光阑腔体固定器，150-光学谐振腔组，151-光源端高反镜组，1511-光源端高反镜，1512-第一高反镜可调腔体固定器，152-FEP管组，1521-FEP管，1522-FEP管腔体固定器，1523-进气口，1524-出气口，153-探测端高反镜组，1531-探测端高反镜，1532-第二高反镜可调腔体固定器，154-第五接杆联结套件组，155-丝杆，156-底板，160-光源端可调光阑组，161-光源端可调光阑，162-第二可调光阑腔体固定器，200-系统光调节结构，210-系统光光源组，211-LED光源，212-LED光源可调腔体固定器，220-聚焦透镜组，221-聚焦透镜，222-聚焦透镜腔体固定器，230-滤光片组，231-滤光片，232-滤光片腔体固定器，240-光纤准直器组，241-光纤准直器，242-光纤准直器可调腔体固定器，250-光纤。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1至图4所示，为本发明实施例提供的一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置的结构图，所述适用于宽带腔增强系统的光路调节装置包括：光学平台10、设置在所述光学平台10上的系统光调节结构200和参考光调节结构100；

所述系统光调节结构200包括系统光光源组210、沿系统光光源组210的光路依次设置的光源端可调光阑组160、聚焦透镜组220、光学谐振腔组150、光纤准直器组240；所述系统光光源组210用于发出系统光，所述光学谐振腔组150内的待测气体吸收所述系统光中的特定频率光而形成待探测光，所述光纤准直器组240用于接收所述待探测光并传输给光谱仪；

所述参考光调节结构100包括参考光光源组110、调光小孔组120、反射镜组130、探测端可调光阑组140；所述参考光光源组110用于发出参考光，所述调光小孔组120设置在所述参考光光源组110的光路上，用于缩束所述参考光，所述反射镜组130设置在所述调光小孔组120的出光侧，所述探测端可调光阑组140设置在所述光学谐振腔组150远离光源端可调光阑组160的一端，所述反射镜组130用于调节缩束后的所述参考光的传输方向，使该参考光能够经探测端可调光阑组140进入光学谐振腔组150；

其中，在参考光和系统光发出后，通过往复调节反射镜组130、探测端可调光阑组140和光源端可调光阑组160的相关参数，使得光源端可调光阑组160和探测端可调光阑组140的光阑直径均在指定区间下的光通过性能达到最佳。

本实施例中，在光路调节的过程中，保证系统光与参考光在同一轴向高度位置上，即可实现光谱信号的准确接收；引入参考光进行光路调节的参考，有助于降低调节难度，更便捷地使得光路能够探测到系统的最大光强；此外可利用激光作为参考光光源，LED光源作为系统光光源，实现基于大发散角、高亮度LED光源的宽带腔增强系统的光路准直调节。

本实施例的一个示例中，所述反射镜组130、探测端可调光阑组140和光源端可调光阑组160的相关参数，具体地，反射镜组130的相关参数是指：反射镜组130的入射角和反射角，主要通过调节反射镜组130在光学平台上的位置实现调节；探测端可调光阑组140的相关参数是指：探测端可调光阑组140的光阑直径，对应允许通过该光阑直径的光斑大小；光源端可调光阑组160的相关参数是指：光源端可调光阑组160的光阑直径，对应允许通过该光阑直径的光斑大小。所述的指定区间可以是1mm~3mm，优选地，可以约等于2mm，甚至是2mm，本示例不限制于此。

本实施例的一个示例中，所述参考光光源组110可以由激光器111、激光器管座112和第一接杆联结套件组113组成。参考光光源组110采用激光器111作为参考光发射光源，可以是可见光激光器中的任何一种，比如红光激光器、绿光激光器、氦氖激光器等，此处不做限制；激光器111由市面上常见的激光器管座112固定，并通过市面上常见的第一接杆联结套件组113（或支杆联接套件组）以螺丝连接或插销连接的方式安装在所述光学平台10上。

本实施例的一个示例中，调光小孔组120由调光小孔121、第二接杆联结套件组122组成。调光小孔121通过市面上常见的第二接杆联结套件组122结合螺丝固定的方式安装在所述光学平台10上。

本示例中，所述调光小孔组120的作用有二：其一是缩束，即在保证参考光光斑亮度的前提下，减小通过调光小孔121的参考光光斑直径大小，参考光光斑直径越小，后续的光路调节更加精细和准确；其二是配合高反镜组中高反镜的调节，即通过观察参考光经由高反镜的反射光是否刚好也通过调光小孔121的中心，从而判断光学谐振腔组150的调节是否合理。

本实施例的一个示例中，反射镜组130由第一反射镜组131和第二反射镜组132组成。第一反射镜1311和第二反射镜1321均为普通保护银膜反射镜，成本较低。以第一反射镜组131为例，第一反射镜1311通过市面上常见的第三接杆联结套件组1313结合螺丝固定的方式安装在所述光学平台10上，通过第一反射镜可调固定器1312进行调节，这里，可以是二维调节，也可以是三维调节，此处不做限制。同理，第二反射镜1321通过市面上常见的第四接杆联结套件组1323结合螺丝固定的方式安装在所述光学平台10上，通过第二反射镜可调固定器1322进行调节。

本示例中，所述反射镜组130的作用有三：其一是参考光的粗调，通过调节第一反射镜1311和第二反射镜1321在光学平台10上的安装位置可以使得参考光通过反射镜组130反射的光线恰好位于光学谐振腔组150内；其二是参考光的精调，通过调节第一反射镜可调固定器1312的调节旋钮，结合光学谐振腔组150中可调光阑的直径大小控制，可以实现参考光的精调。

本实施例的一个示例中，探测端可调光阑组140由探测端可调光阑141和第一可调光阑腔体固定器142组成；探测端可调光阑141的特点是光阑的小孔直径大小可以任意调节。所述探测端可调光阑141通过第一可调光阑腔体固定器142安装在光学谐振腔组150上（具体是安装在光学谐振腔组150的底板上），且探测端可调光阑141的中心恰好与光学谐振腔组150的腔体中心位于同一条轴向高度位置上；探测端可调光阑组140的作用是参考光的精调。

在一个实施例中，所述光学谐振腔组150包括谐振腔体和高反镜组，所述谐振腔体通过一安装结构设置在所述光学平台10上，两个所述高反镜组分别设置在所述谐振腔体的两端，用于往复反射进入所述谐振腔体的参考光或系统光。

本实施例的一个示例中，所述谐振腔体为由聚四氟乙烯材料制成的管体，谐振腔体也可称FEP管组152，FEP管组152包括FEP管1521和密封塞，FEP管的材质为聚四氟乙烯，FEP管1521通过FEP管腔体固定器1522安装在所述安装结构上；在FEP管1521上设置进气口1523和出气口1524，用于输送待测气体，待测气体如空气、NO₂、CHOCHO等。

本示例中，FEP管组152的作用是将待测气体和实际大气隔离开来，和光源端高反镜组151、探测端高反镜组153一起形成一个具备高精密度、高稳定性的光学谐振腔组150。

本实施例的一个示例中，所述高反镜组分为：光源端高反镜组151、探测端高反镜组153；光源端高反镜组151、探测端高反镜组153分别设置在所述谐振腔体的两端，且光源端高反镜组151位于谐振腔体靠近系统光光源组210的一端，以参考光为例，进入谐振腔体内的参考光，在通过谐振腔体后射向光源端高反镜组151后被反射，又仅有谐振腔体反向射向探测端高反镜组153，此时被探测端高反镜组153反射；如此，参考光在谐振腔体内被往复反射。

本实施例的一个示例中，所述安装结构至少包括丝杆155以及底板156，用于实现系统光光源组210、光源端可调光阑组160、聚焦透镜组220、光学谐振腔组150、滤光片组230以及光纤准直器组240的安装固定。

具体地，所述光学谐振腔组150的FEP管通过FEP管腔体固定器1522紧固在丝杆155和底板156上，并与两个高反镜紧固连接，即与光源端高反镜1511和探测端高反镜1531紧固连接。

本实施例的一个示例中，所述底板156通过第五接杆联结套件组154安装在所述光学平台10上。

本实施例的一个示例中，光源端高反镜组151由光源端高反镜1511、第一高反镜可调腔体固定器1512组成；探测端高反镜组153由探测端高反镜1531、第二高反镜可调腔体固定器1532组成；光源端高反镜1511和探测端高反镜1531均为反射率为99.998%以上的高反射率平凹腔镜。

以光源端高反镜组151为例，所述光源端高反镜1511通过第一高反镜可调腔体固定器1512安装在FEP管组152的两端，主要作用是和FEP管组152一起组成稳定的光学谐振腔组150，即通过将系统光光源组发出的系统光注入到由高反射率反射镜形成的高精密的光学谐振腔组150中，待测气体在腔内经过光源端高反镜1511和探测端高反镜1531来回反射，可以根据腔内样品（待测气体）的吸收系数和高反镜反射率之间的关系，结合光学谐振腔组150的输出探测信号（由光纤准直器组采集或接收）来监测被测环境中待测气体浓度，且由于光学谐振腔组150内的吸收光谱在有无待测气体吸附时，具有不同吸收光谱特征，可以据此探测不同的气体和气溶胶颗粒。

本实施例的一个示例中，系统光光源组210可以由LED光源211和LED光源可调腔体固定器212组成。这里，LED光源可调腔体固定器可以是二维调节，也可以是三维调节或者四维调节等，此处不做限制。LED光源211作为系统光的发射光源，可以发出中心波长为460nm的LED可见光，通过LED光源可调腔体固定器212固定在光学谐振腔组150的光源端。此时，LED光源211的灯珠中心与光学谐振腔组150的中心位于同一轴向高度位置上。

本实施例的一个示例中，光源端可调光阑组160既作为参考光调节结构之一，也作为系统光调节结构之一。作为参考光调节结构时，其作用是参考光的精调；作为系统光调节结构时，其作用是缩束，即通过控制光源端可调光阑161的小孔直径（或光阑直径）大小，使得经过光源端可调光阑161缩束后的系统光在合理范围内，一般为1~3mm之间，缩束后的系统光再由聚焦透镜组220聚焦后进入到光学谐振腔150内。

在另一个实施例中，所述系统光调节结构200还包括滤光片组230，所述滤光片组230设置在所述光学谐振腔组150与光纤准直器组240之间，用于过滤所述光学谐振腔组150形成的待探测光。

本实施例的一个示例中，滤光片组230由滤光片231和滤光片腔体固定器232组成。滤光片231可以用来选取所需辐射波段，在本装置中，使用的滤光片231刚好可以通过460nm波段的LED可见光；本示例中，滤光片231是可在滤光片腔体固定器232上进行便捷更换的，以便于根据待测气体的需求，选择合适辐射波段的滤光片231，优选的，滤光片231通过滤光片腔体固定器232可拆卸地安装在底板上，当然，滤光片231也可采用插接的方式进行安装固定，本示例优选滤光片腔体固定器232。

在一个实施例中，所述聚焦透镜组220由聚焦透镜221和聚焦透镜腔体固定器222组成。聚焦透镜221可以是市面上常见的一些合适焦距的聚焦透镜，比如平凸透镜、双胶合透镜和非球面透镜等，此处不做限制。聚焦透镜221通过聚焦透镜腔体固定器222安装在距光源端可调光阑组160的一定距离处，且聚焦透镜组220的中心恰好与光学谐振腔组150的中心位于同一条轴向高度位置上。本示例中，所述聚焦透镜221的作用是使得聚焦后的系统光的直径恰好在FEP管1521的直径范围内，从而聚焦后的系统光恰好可以耦合到光学谐振腔组150中，到达探测端，即光纤准直器组侧。

上述的示例中，光学谐振腔组150既作为参考光调节结构之一，也作为系统光调节结构之一。作为参考光调节结构和系统光调节结构时二者的作用相同。

在一个实施例中，光纤准直器组240由光纤准直器241和光纤准直器可调腔体固定器242（或可调腔体固定座）组成。这里，可调腔体固定座可以是二维调节，也可以是三维调节或者四维调节，此处不做限制。光纤准直器241具有收集光线的特点，通过光纤准直器可调腔体固定器242安装在光学谐振腔组150上，且聚焦透镜组220的中心恰好与光学谐振腔组150的中心位于同一条轴向高度位置上。所述光纤准直器组240位于整个光学谐振腔组150的接收端，即光学谐振腔组150远离系统光光源组的一端，主要用于收集通过光学谐振腔组150传输的光，并通过光纤250将光纤准直器241收集到的光信号传输到光谱仪中。

在本实施例的一个示例中，如图3所示，光纤250的端口可以为SMA905接口，通光孔径为600μm，材质为石英光纤。所述光纤250通过SMA905光纤端口与光纤准直器241连接，作用是将光纤准直器241收集到的探测光通过光纤250通信传输到光谱仪中。

本示例中，所述的光谱仪可以选用市面上常见的可以探测到光谱信号的光谱探测器。所述光谱仪入射端口通过SMA905接口与光纤相连接，所述光谱仪作用是将光纤传输的信号接收并处理，最后通过通信数据线传输到上位机进行光谱显示。

在本实施例的一个示例中，上位机的USB通信端口与光谱仪的出射端口相连接，用于光谱仪的通信，配合光谱仪相对应的软件使用可以在光路调节的过程中实时显示光谱，以确定系统的最大光强值和系统光路调节的最佳状态。

在一个实施例中，所述探测端可调光阑组140可拆卸的或可位移的设置在所述光学谐振腔组150远离光源端可调光阑组160的一端，仅作为参考光组件（或参考光机构）使用；

或者，所述探测端可调光阑组140通过可调固定器设置于光学平台10；

所述反射镜组130、光源端可调光阑组160也通过可调固定器设置于光学平台10，通过所述可调固定器调节所述反射镜组130、探测端可调光阑组140或光源端可调光阑组160的相关参数。

在一个示例中，所述探测端可调光阑组140包括探测端可调光阑141和第一可调光阑腔体固定器142，第一可调光阑腔体固定器142通过螺栓安装在底板156上，或者通过插销、卡扣安装在所述底板156上；实现探测端可调光阑组的可拆卸连接。

在一个示例中，第一可调光阑腔体固定器142通过转轴和轴承安装在底板156上，第一可调光阑腔体固定器142可以围绕转轴旋转，以便于将探测端可调光阑141移出光学谐振腔组150的光路；不干涉系统光的传输。

在一个实施例中，如图1-图4所示，所述第五接杆联结套件组154包括联结套、接杆和螺栓等，可以通过联结套连接底板156或第一反射镜可调固定器1312等，再通过接杆和螺栓将联结套固定在光学平台10上，并且，可以通过调节接杆旋入联结套的深度，来调节底板156或第一反射镜可调固定器1312相对于光学平台10的高度；所述光学平台10上设置有多个连接孔，所述连接孔可以是螺纹孔、丝孔等。

在一个示例中，所述反射镜组130、探测端可调光阑组140或光源端可调光阑组160通过可调固定器设置于光学平台10，具体地，该可调固定器分别是：第一反射镜可调固定器1312、第二反射镜可调固定器1322，第一可调光阑腔体固定器142、第二可调光阑腔体固定器162；通过所述可调固定器调节所述反射镜组、探测端可调光阑组或光源端可调光阑组160的相关参数；上述，对应的相关参数中，探测端可调光阑组140的相关参数是指：探测端可调光阑组140的光阑直径，对应允许通过该光阑直径的光斑大小；光源端可调光阑组160的相关参数是指：光源端可调光阑组160的光阑直径，对应允许通过该光阑直径的光斑大小。

如图5所示，为本发明实施例提供的一种适用于宽带腔增强系统的光路调节方法的流程图，所述光路调节方法用于所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，包括以下步骤S10-S60：

S10、调节光学谐振腔组，使光学谐振腔组的腔体中心平行于光学平台，固定参考光光源和系统光光源；

S20、参考光的调节，设置调光小孔组，调节调光小孔组中调光小孔的小孔光阑大小；调节反射镜组的固定位置和固定角度，使得通过反射镜组反射的参考光通过光学谐振腔组；

S30、配合光源端可调光阑组和探测端可调光阑组进一步调节所述反射镜组；

S40、高反镜组的安装和调节，将两个高反镜组分别安装在光学谐振腔组的两端，并调节高反镜组的位置，使得所述高反镜组反射前后的参考光光束重合；

S50、系统光的调节，调节系统光光源，使得调节系统光光源发出的系统光在两个高反镜组以及光学谐振腔组的中心；

S60、使光纤准直器对准光学谐振腔组的出光光路，实现信号接收。

本实施例中，在进行光路调节的过程中，引入参考光，结合系统光，使得在光路调节的过程中，仅需保证系统光与参考光在同一轴向高度位置上，即可实现光谱信号的准确接收；引入参考光进行光路调节的参考，有助于降低调节难度，更便捷地使得光路能够探测到系统的最大光强；此外可利用激光作为参考光光源，LED光源作为系统光光源，实现基于大发散角、高亮度LED光源的宽带腔增强系统的光路准直调节。

在一个示例中，上述步骤S10具体包括：

首先，调节光学谐振腔组150，使光学谐振腔组150与光学平台10的平面平行，光学谐振腔组150通过第五接杆联结套件组154结合螺丝固定的方式安装在所述光学平台10上。调节时：利用直尺分别测量光学谐振腔组150的两端面中心位置距光学平台表面的高度一和高度二，反复调节第五接杆联结套件组154的高度，使得高度一和高度二近似相等，将底板156、第五接杆联结套件组154、光学平台10三者通过螺丝紧固连接。此时，理想状态下，光学谐振腔组150与光学平台10呈水平关系。当然固定光学谐振腔组150时要确保其足够稳定，避免由于轻微的晃动影响后面的光路调节。

其次，固定光学谐振腔组150后，打开参考光光源组110的激光器111，调节参考光光源组110出射准直光，使其与光学谐振腔组150的腔体中心在同一轴向高度位置上，即参考光的粗调。具体调节方式为：打开激光器111，借助直尺测量参考光光源组110出射端的激光中心位置距光学平台10的高度为高度三，通过调节参考光光源组110的高度使得在人眼视觉条件下，高度一、高度二和高度三三者大致相等，即完成参考光光源组110的高度调节。

最后，将激光器对应的第一接杆联结套件组113利用螺丝紧固在光学平台10上，如图1和图2所示。

根据所述步骤S10，完成光学谐振腔组150和参考光光源组110的固定；下面进行参考光的调节。

在一个实施例中，步骤S20具体包括：

首先，根据所述步骤S10，将调光小孔组120固定到参考光的出光端口，并调节调光小孔121的小孔光阑大小，小孔光阑的直径调节在2mm范围左右。

其次，将第一反射镜组131和第二反射镜组132分别放置于调光小孔121的出射端和光学谐振腔组150的探测端，并利用螺丝紧固在光学平台上。下面进行参考光的粗调，即通过调节第一反射镜组131和第二反射镜组132的固定位置和固定角度，可以使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射的参考光刚好通过光学谐振腔组150，固定位置分别在调光小孔组的出射端和光学谐振腔组的探测端，固定角度为第一反射镜1311表面和第二反射镜1321表面呈90°；

接下来是参考光的精调，即通过调节第一反射镜组131和第二反射镜组132的可调固定器的调节旋钮，结合光源端可调光阑组160和探测端可调光阑组140的光阑直径大小控制，实现参考光的精调。

在一个示例中，步骤S30（高反镜的安装和调节），具体包括：

保持激光器111开启，安装光学谐振腔组150中的高反镜，以光源端高反镜为例，在安装高反镜前，先利用氮气或者实际大气等结合镜头吹气球或者通气装置等辅助工具轻吹一下高反镜表面，保证其反射面的清洁；在高反镜的安装过程中，要注意高反镜的反射面一直朝下放置，避免反射面朝上时灰尘落到反射面上。

按上述方式安装光源端高反镜组151完毕后，通过调节第一高反镜可调腔体固定器1512的可调旋钮使得参考光通过光源端高反镜1511反射面所反射的光线恰好同时通过探测端可调光阑141和调光小孔121，通过依次观察探测端可调光阑141、第二反射镜1321、第一反射镜1311和调光小孔121上的参考光的入射光斑和反射光斑，结合第一高反镜可调腔体固定器1512的三维可调旋钮的调节，使得经过光源端高反镜1511反射后的参考光光束和反射前的参考光光束恰好位于同一轴向高度位置处，参考光入射光斑和参考光反射光斑也完全重合，光源端高反镜组151至此调节完毕。

再用所述光源端高反镜组151的安装和调节步骤对探测端高反镜组153进行安装和调节，通过调节第二高反镜可调腔体固定器1532的三维可调旋钮，使得经过探测端高反镜1531反射后的参考光光束和反射前的参考光光束恰好位于同一轴向高度位置处，探测端高反镜组153至此调节完毕。

需要注意的是，在光源端高反镜组151和探测端高反镜组153的安装和调试过程中，注意螺丝的紧固，便于下一步的光路调节和后期的维护。

在一个示例中，所述的步骤S40-S50，具体包括：

打开LED光源211，保持激光器111和LED光源211同时开启，如图3和图4所示，在距光源端可调光阑组160一定距离处安装聚焦透镜组220。此时，利用LED光源可调腔体固定器212的调节旋钮对LED光源211进行调节，使得LED光源211的灯珠中心刚好与参考光位于同一点上，再拿出白板或者白色纸张分别挡在光学谐振腔组150的光源端高反镜端面和探测端高反镜端面处，观察两个端面位置处LED光源成像光斑的位置和形状，若LED光源的成像光斑刚好位于两个端面的正中心，且形状为正圆形，则证明LED光源发出的光线与参考光重合并位于同一轴线高度位置上。

在一个示例中，所述的步骤S50，具体包括：

关闭激光器111，保持LED光源211开启，拆卸探测端可调光阑组140，安装滤光片组230和光纤准直器组240。根据前面所述的步骤S10-S40，理论上系统光光斑的中心与光纤准直器241的中心应恰好位于同一轴线位置上，但不可避免地在调节过程中会产生一些偶然误差。

因此，在所述的步骤S50-S60中，再次利用光纤准直器可调腔体固定器242的调节旋钮对光纤准直器241进行调节，调节过程中观察光纤准直器241出射端口的光斑，当系统光在光纤准直器241出射端面的光斑恰好位于出射端面正中心时， LED光源211、光源端可调光阑161、聚焦透镜221、光源端高反镜1511、FEP管1521、探测端高反镜1531、滤光片231、光纤准直器241应均位于同一轴线高度位置上。此时，将光纤250连接到光纤准直器241上，并通过光谱仪传输信号至上位机，通过相应的光谱仪软件可以观察到光谱信号。

最后，利用控制变量法来回依次调节LED光源211、光源端高反镜1511、探测端高反镜1531、光纤准直器241的多维度调节装置的可调旋钮，该控制变量法，即每次只调一个器件，如若发现光谱信号衰减，马上复位。再按相应的调节规律调节第二个器件，在反复多次调节之后，当光谱仪能够接收到最强光谱信号时，整个系统的光路处于最佳调节状态。至此，光路调节全部完毕。

在一个实施例中，如图6所示，在所述步骤S30中，当所述反射镜组包含第一反射镜组131和第二反射镜组132时，所述配合光源端可调光阑组160和探测端可调光阑组140进一步调节所述反射镜组，具体包括：

S301、调节第一反射镜组131，使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束通过探测端可调光阑组140时，探测端可调光阑组140的光阑直径在指定区间，光源端可调光阑组160的光阑直径为可调范围内无限大；

S302、调节第二反射镜组132，使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束通过光源端可调光阑组160时，光源端可调光阑组160的光阑直径在指定区间，探测端可调光阑组140的光阑直径为可调范围内无限大；

S303、重复上述调节第一反射镜组131和调节第二反射镜组132的步骤，使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束通过光源端可调光阑组160和探测端可调光阑组140时，光源端可调光阑161和探测端可调光阑141的光阑直径均在指定区间。

本实施例中，具体调节步骤为：（一）先调节第一反射镜组131的调节旋钮使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束恰好通过探测端可调光阑组140，此时，探测端可调光阑组140的光阑直径为2mm左右，光源端可调光阑组160的光阑直径为可调范围内无限大；（二）再调节第二反射镜组132的调节旋钮使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束恰好通过光源端可调光阑组160，此时，光源端可调光阑组160的光阑直径为2mm左右，探测端可调光阑组140的光阑直径为可调范围内无限大；（三）来回重复步骤（一）和步骤（二），最后使得通过第一反射镜组131和第二反射镜组132反射出来的光束恰好通过光源端可调光阑组160和探测端可调光阑组140，此时，光源端可调光阑161和探测端可调光阑141的直径均为2mm左右。

在另一个实施例中，所述光路调节方法还包括：对光学谐振腔组发出的待探测光进行过滤后，通过光纤准直器进行接收。

一个示例中，LED光源211作为系统光发射光源，中心波长为460nm，通过LED光源可调腔体固定器212固定在光学谐振腔的光源端。对应的用于滤光的滤光片组的滤光片可以进行适应性选择；此时，滤光片231可以用来选取所需辐射波段，即460nm波段；使得在本系统中，使用的滤光片231刚好可以通过460nm波段的LED可见光。

本发明上述实施例中提供了一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，并基于该适用于宽带腔增强系统的光路调节装置提供了适用于宽带腔增强系统的光路调节方法，该光路调节装置，在光路调节的过程中，保证系统光与参考光在同一轴向高度位置上，即可实现光谱信号的准确接收；引入参考光进行光路调节的参考，有助于降低调节难度，更便捷地使得光路能够探测到系统的最大光强；此外可利用激光作为参考光光源，LED光源作为系统光光源，实现基于大发散角、高亮度LED光源的宽带腔增强系统的光路准直调节。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述适用于宽带腔增强系统的光路调节装置包括：光学平台、设置在所述光学平台上的系统光调节结构和参考光调节结构；

所述系统光调节结构包括系统光光源组、沿系统光光源组的光路依次设置的光源端可调光阑组、聚焦透镜组、光学谐振腔组、光纤准直器组；所述系统光光源组用于发出系统光，所述光学谐振腔组内的待测气体吸收所述系统光中的特定频率光而形成待探测光，所述光纤准直器组用于接收所述待探测光并传输给光谱仪；

所述参考光调节结构包括参考光光源组、调光小孔组、反射镜组、探测端可调光阑组；所述参考光光源组用于发出参考光，所述调光小孔组设置在所述参考光光源组的光路上，用于缩束所述参考光，所述反射镜组设置在所述调光小孔组的出光侧，所述探测端可调光阑组设置在所述光学谐振腔组远离光源端可调光阑组的一端，所述反射镜组用于调节缩束后的所述参考光的传输方向，使该参考光能够经探测端可调光阑组进入光学谐振腔组；

其中，在参考光和系统光发出后，通过往复调节反射镜组、探测端可调光阑组和光源端可调光阑组的相关参数，使得光源端可调光阑组和探测端可调光阑组的光阑直径均在指定区间下的光通过性能达到最佳。

2.根据权利要求1所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述系统光调节结构还包括滤光片组，所述滤光片组设置在所述光学谐振腔组与光纤准直器组之间，用于过滤所述光学谐振腔组形成的待探测光。

3.根据权利要求1所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述光学谐振腔组包括谐振腔体和高反镜组，所述谐振腔体通过一安装结构设置在所述光学平台上，两个所述高反镜组分别设置在所述谐振腔体的两端，用于往复反射进入所述谐振腔体的参考光或系统光。

4.根据权利要求3所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述安装结构至少包括丝杆以及底板，用于实现系统光光源组、光源端可调光阑组、聚焦透镜组、光学谐振腔组、滤光片组以及光纤准直器组的安装固定。

5.根据权利要求3所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述谐振腔体为由聚四氟乙烯材料制成的管体。

6.根据权利要求1所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，其特征在于，所述探测端可调光阑组可拆卸的或可位移的设置在所述光学谐振腔组远离光源端可调光阑组的一端；

或者，所述探测端可调光阑组通过可调固定器设置于光学平台；

所述反射镜组、光源端可调光阑组也通过可调固定器设置于光学平台，通过所述可调固定器调节所述反射镜组、探测端可调光阑组或光源端可调光阑组的相关参数。

7.一种适用于宽带腔增强系统的光路调节方法，其特征在于，所述光路调节方法用于如权利要求1-6任一所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节装置，包括以下步骤：

调节光学谐振腔组，使光学谐振腔组的腔体中心平行于光学平台，固定参考光光源和系统光光源；

参考光的调节，调节调光小孔组中调光小孔的小孔光阑大小；调节反射镜组的固定位置和固定角度，使得通过反射镜组反射的参考光通过光学谐振腔组；

配合光源端可调光阑组和探测端可调光阑组进一步调节所述反射镜组；

高反镜组的安装和调节，将两个高反镜组分别安装在光学谐振腔组的两端，并调节高反镜组的位置，使得所述高反镜组反射前后的参考光光束重合；

系统光的调节，调节系统光光源，使得调节系统光光源发出的系统光在两个高反镜组以及光学谐振腔组的中心；

使光纤准直器对准光学谐振腔组的出光光路，实现信号接收。

8.根据权利要求7所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节方法，其特征在于，当所述反射镜组包含第一反射镜组和第二反射镜组时，所述配合光源端可调光阑组和探测端可调光阑组进一步调节所述反射镜组，具体包括：

调节第一反射镜组，使得通过第一反射镜组和第二反射镜组反射出来的光束通过探测端可调光阑组时，探测端可调光阑组的光阑直径在指定区间；

调节第二反射镜组，使得通过第一反射镜组和第二反射镜组反射出来的光束通过光源端可调光阑组时，光源端可调光阑组的光阑直径在指定区间；

重复上述调节第一反射镜组和调节第二反射镜组的步骤，使得通过第一反射镜组和第二反射镜组反射出来的光束通过光源端可调光阑组和探测端可调光阑组时，光源端可调光阑和探测端可调光阑的光阑直径均在指定区间。

9.根据权利要求7所述的适用于宽带腔增强系统的光路调节方法，其特征在于，所述光路调节方法还包括：对光学谐振腔组发出的待探测光进行过滤后，通过光纤准直器进行接收。

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