CN220188355U - 一种光程多倍倍增器件和光程多倍倍增气体吸收池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光程多倍倍增器件和光程多倍倍增气体吸收池，光程多倍倍增器件包括：一个输入端，用于输入光束；一个输出端，用于输出光束；一个主反射镜；四个副反射镜；一个倍增镜，设置在主反射镜的一侧；输入端发出的准直光束经过主反射镜和四个副反射镜的往复反射，最后到达输出端输出，形成典型的怀特池光程；倍增镜承接副反射镜的出射光，并将出射光位置偏移作为新的入射光再次射入典型怀特池，在主反射镜反射面上面形成多于典型怀特池光程至少一倍的反射光斑，完成多于典型怀特池光程至少一倍的反射。光程多倍倍增气体吸收池包括密封壳体，以及设置在密封壳体内部用于多倍倍增光程的光程多倍倍增器件。

Description

一种光程多倍倍增器件和光程多倍倍增气体吸收池

技术领域

本实用新型属于光学传感领域，具体的说，涉及了一种光程多倍倍增器件和光程多倍倍增气体吸收池。

背景技术

现有的光学气体传感器具有寿命长、精度高、抗中毒等优点，在气体检测领域广泛应用；光学气体吸收池为传感器的核心部件，直接决定传感器的性能和外形尺寸。

业界对基于怀特室有很多改进的设计以增加光程，如CN113484266一种光程倍增器件和光程倍增气体吸收池，如图1和图2所示，通过在典型怀特池光学结构的基础上增加倍增镜，增加了一倍的光学反射次数，在主反射镜1和倍增镜4上形成了四排光斑，使光程增加了一倍。

但是，随着在气体检测领域对精度的要求提升，光学气体吸收池的光程需要进一步提高，要求在有限空间内的实现更长的光程，需要吸收池实现更多次的反射。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种光程多倍倍增器件和光程多倍倍增气体吸收池，以解决现有怀特池存在增加一个倍增镜光程仅增加一倍的问题。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型第一方面提供一种光程多倍倍增器件，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；

一个主反射镜；

四个副反射镜，曲率半径与所述主反射镜的曲率半径相同，其中，第一副反射镜与第二副反射镜横向平行设置，第三副反射镜与第四副反射镜横向平行设置，第三副反射镜与第一副反射镜竖向平行设置，第四副反射镜与第二副反射镜竖向平行设置；

所述第一副反射镜的曲率中心C3和所述第二副反射镜的曲率中心C4分别处于所述主反射镜的反射面上且在光轴的两侧；所述第三副反射镜的曲率中心C5和所述第四副反射镜的曲率中心C6分别处于所述主反射镜的反射面上且在光轴的两侧；

一个倍增镜，设置在所述主反射镜的一侧，所述倍增镜的曲率中心C2处于所述第一副反射镜和所述第三副反射镜间隔空间的中心点；

所述输入端发出的准直光束经过所述主反射镜和所述四个副反射镜的往复反射，最后到达所述输出端输出，形成典型的怀特池光程；所述倍增镜承接副反射镜的出射光，并将出射光位置偏移作为新的入射光再次射入典型怀特池，在所述主反射镜反射面上面形成多于典型怀特池光程至少一倍的反射光斑，完成多于典型怀特池光程至少一倍的反射。

基于上述，所述主反射镜、四个副反射镜和所述倍增镜均为球形凹面反射镜。

基于上述，所述倍增镜的曲率半径与所述主反射镜的曲率半径相同或者相近。

基于上述，所述倍增镜粘接在所述主反射镜上或与主反射镜一体化加工成型。

基于上述，还包括输出反射镜，所述输出反射镜设置在输出光路上，用于将倍增后的光束转向到输出端进行输出。

基于上述，所述输入端和所述输出端分离设置在所述倍增镜侧。

本实用新型第二方面提供一种光程多倍倍增气体吸收池，包括密封壳体，以及设置在所述密封壳体内部用于多倍倍增光程的光学结构；

所述光学结构采用所述的光程多倍倍增器件。

基于上述，所述输入端处的输入光束由光纤导入，所述输出端处的输出光束由光纤导出。

基于上述，所述输入端处的输入光束由光纤导入，所述输出端处的输出光束由探测器接收。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说：

1、通过在典型怀特池光学结构的基础上增加倍增镜和两个副反射镜，将各副反射镜曲率中心之间的距离以合适的大小固定位置，即可以实现典型怀特池光程的多次倍增；

2、通过平移方式即可调整各副反射镜曲率中心之间的距离，降低了调光的难度；

3、倍增镜只需粘接在典型怀特池光学结构主反射镜上即可，光学结构稳定可靠，安装和调试更加方便。

附图说明

图1是现有光程倍增器件的光学结构图。

图2是现有光程倍增器件的反射光斑分布图。

图3是本实用新型光程多倍倍增器件的光学结构图。

图4是本实用新型光程多倍倍增器件的轴测图。

图5是本实用新型光程多倍倍增器件的第一组往复反射的光斑分布图。

图6是本实用新型光程多倍倍增器件的第二组往复反射的光斑分布图。

图7是本实用新型光程多倍倍增器件的第三组往复反射的光斑分布图。

图8是本实用新型光程多倍倍增器件的第四组往复反射的光斑分布图。

图中：1、主反射镜；2、倍增镜；3、第一副反射镜；4、第三副反射镜；5、第四副反射镜；6、第二副反射镜；7、输入端；8、输出端。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图3和图4所示，一种光程多倍倍增器件，包括：

一个输入端7，用于输入光束；

一个输出端8，用于输出光束，所述输入端与所述输出端分离设置；

一个主反射镜1；

四个副反射镜，曲率半径与所述主反射镜1的曲率半径相同，其中，第一副反射镜3与第二副反射镜6横向平行设置，第三副反射镜4与第四副反射镜5横向平行设置，第三副反射镜4与第一副反射镜3竖向平行设置，第四副反射镜5与第二副反射镜6竖向平行设置；所述第一副反射镜3的曲率中心C3和所述第二副反射镜6的曲率中心C6分别处于所述主反射镜1的反射面上且在光轴的两侧；所述第三副反射镜的曲率中心C4和所述第四副反射镜的曲率中心C5分别处于所述主反射镜1的反射面上且在光轴的两侧；

一个倍增镜2，设置在所述主反射镜1的一侧，所述倍增镜2的曲率中心C2处于所述第一副反射镜3和所述第三副反射镜4的中间。

所述输入端7发出的准直光束经过所述主反射镜1和所述四个副反射镜（3、4、5、6）的往复反射，最后到达所述输出端8输出，形成典型的怀特池光程；所述倍增镜2承接副反射镜（3、4、5、6）的出射光，并将出射光位置偏移作为新的入射光再次射入典型怀特池，在所述主反射镜1反射面上面形成多于典型怀特池光程至少一倍的反射光斑，完成多于典型怀特池光程至少一倍的反射。

本实施例中，设所述曲率中心C3和所述曲率中心C6之间的距离为d1，所述曲率中心C5和所述曲率中心C6之间的距离为d2；

本实施例的光程多倍倍增器件具体可以完成光程的几次倍增，是要根据距离d1和距离d2的大小决定的；也就是，通过将距离d1和距离d2以合适的大小固定位置，即可得到多倍的光程倍增。

本实施例光程多倍倍增器件的光程倍增光路：

两倍光程

所述输入端7发出的准直光束经过所述第一副反射镜3、所述主反射镜1和所述第四副反射镜5的第一组往复反射，形成典型的怀特池光学结构，在所述主反射镜1反射面上面形成第一上下两排反射光斑，如图5所示；

光束经过第一组往复反射到达所述倍增镜2的反射面，经过所述倍增镜2的表面反射后光束在所述第三副反射镜4、所述主反射镜1、所述第二副反射镜6进行第二组往复反射，继续形成典型的怀特池结构，在所述主反射镜1和所述倍增镜2的反射面形成第二上下两排反射光斑，如图6所示；

三倍光程

光束经过第二组往复反射到达所述倍增镜2的反射面，经过所述倍增镜2的表面反射后光束在所述第一副反射镜3、所述主反射镜1、所述第四副反射镜5进行第三组往复反射，继续形成典型的怀特池结构，在所述主反射镜1和所述倍增镜2的反射面形成第三上下两排反射光斑，如图7所示；

四倍光程

光束经过第三组往复反射到达所述倍增镜2的反射面，经过所述倍增镜2的表面反射后光束在所述第三副反射镜4、所述主反射镜1、所述第二副反射镜6进行第四组往复反射，继续形成典型的怀特池结构，在所述主反射镜1和所述倍增镜2的反射面形成第四上下两排反射光斑，如图8所示。

优选的，所述主反射镜1、四个副反射镜和所述倍增镜2均为球形凹面反射镜。

优选的，所述倍增镜2的曲率半径与所述主反射镜1的曲率半径相同或者相近。

优选的，所述倍增镜2粘接在所述主反射镜1上。

本实施例中，所述输入端7和所述输出端8设置在所述倍增镜2的一侧，优选的，增加输出反射镜7，所述输出反射镜7设置在输出光路上，用于将倍增后的光束转向到输出端6进行输出，有效实现所述输入端5与所述输出端6的分离设置。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，提供了一种具体的输入端7和输出端8的设置方式：在所述倍增镜2上钻孔，让光线通过，输入端7和输出端8设置在所述倍增镜2的背侧。

实施例3

本实施例提供了一种光程多倍倍增气体吸收池，包括密封壳体，以及设置在所述密封壳体内部用于多倍倍增光程的光学结构；所述光学结构采用实施例1或2所述的光程多倍倍增器件。

本实施例的光程多倍倍增气体吸收池具体可以完成光程的几次倍增，是要根据距离d1和距离d2的大小决定的；也就是，在出厂前，根据想要获得的光程倍增倍数，将距离d1和距离d2以对应倍数要求的大小固定位置，即可得到对应倍数的光程倍增。

本实施例的光程倍增气体吸收池不仅增加了更多倍的光学反射次数，而且，倍增镜2只需粘接在典型怀特池光学结构主反射镜1上或与主反射镜1一体化加工成型即可，光学结构稳定可靠，便于安装和调试，满足目前气体检测领域对气体吸收池的性能要求。

为方便光束的导入和导出，所述输入端7处的输入光束由光纤导入，所述输出端8处的输出光束由光纤导出；在其它实施例中，所述输出端8处的输出光束也可以由探测器接收。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种光程多倍倍增器件，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；

一个主反射镜；

四个副反射镜，曲率半径与所述主反射镜的曲率半径相同，其中，第一副反射镜与第二副反射镜横向平行设置，第三副反射镜与第四副反射镜横向平行设置，第三副反射镜与第一副反射镜竖向平行设置，第四副反射镜与第二副反射镜竖向平行设置；

所述第一副反射镜的曲率中心C3和所述第二副反射镜的曲率中心C4分别处于所述主反射镜的反射面上且在光轴的两侧；所述第三副反射镜的曲率中心C5和所述第四副反射镜的曲率中心C6分别处于所述主反射镜的反射面上且在光轴的两侧；

一个倍增镜，设置在所述主反射镜的一侧，所述倍增镜的曲率中心C2处于所述第一副反射镜和所述第三副反射镜间隔空间的中心点；

所述输入端发出的准直光束经过所述主反射镜和所述四个副反射镜的往复反射，最后到达所述输出端输出，形成典型的怀特池光程；所述倍增镜承接副反射镜的出射光，并将出射光位置偏移作为新的入射光再次射入典型怀特池，在所述主反射镜反射面上面形成多于典型怀特池光程至少一倍的反射光斑，完成多于典型怀特池光程至少一倍的反射。

2.根据权利要求1所述的光程多倍倍增器件，其特征在于：所述主反射镜、四个副反射镜和所述倍增镜均为球形凹面反射镜。

3.根据权利要求1所述的光程多倍倍增器件，其特征在于：所述倍增镜的曲率半径与所述主反射镜的曲率半径相同或者相近。

4.根据权利要求1所述的光程多倍倍增器件，其特征在于：所述倍增镜粘接在所述主反射镜上或与主反射镜一体化加工成型。

5.根据权利要求1所述的光程多倍倍增器件，其特征在于：还包括输出反射镜，所述输出反射镜设置在输出光路上，用于将倍增后的光束转向到输出端进行输出。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光程多倍倍增器件，其特征在于：所述输入端和所述输出端分离设置在所述倍增镜侧。

7.一种光程多倍倍增气体吸收池，其特征在于：包括密封壳体，以及设置在所述密封壳体内部用于多倍倍增光程的光学结构；

所述光学结构采用权利要求1-6任一项所述的光程多倍倍增器件。

8.根据权利要求7所述的光程多倍倍增气体吸收池，其特征在于：所述输入端处的输入光束由光纤导入，所述输出端处的输出光束由光纤导出。

9.根据权利要求7所述的光程多倍倍增气体吸收池，其特征在于：所述输入端处的输入光束由光纤导入，所述输出端处的输出光束由探测器接收。