CN2597968Y

CN2597968Y - 实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统

Info

Publication number: CN2597968Y
Application number: CNU032200137U
Authority: CN
Inventors: 胡明勇; 谢品华; 刘文清; 张玉钧; 周健; 江庆五
Original assignee: Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-01-07
Anticipated expiration: 2013-02-20

Abstract

本实用新型涉及一种实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统。包括角反射镜、探测器和计算机控制、分析系统，其特征在于发射部分有氘灯光源，直角棱镜、平凸透镜和弯月透镜，接收部分有主镜和次镜，在一个镜筒内的装配顺序是从输出端开始，依次是弯月透镜，平凸透镜，直角棱镜，次镜，最后为主镜，并在镜筒的中心轴上，氘灯与其直角棱镜光轴垂直。本实用新型使光学能量充分利用，结构简单，容易实现。

Description

实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统

技术领域

本实用新型属于光学设计与应用领域，具体涉及一种实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统。

背景技术

现有的差分吸收光谱仪的结构通常采用的方式有：(一)反射式结构：反射式物镜无色差，可以应用于从紫外到远红外的整个光学光谱区，是目前差分光学吸收光谱仪中采用最广泛的结构形式，但此结构存在中心遮拦问题，体积往往要求做得很大。(二)折反射式结构：在反射镜校正像差困难的情况下，通常采用透镜来补偿反射镜的像差，构成折反射式结构，此类结构复杂，在光谱测量仪中很少被采用。

为了减小光谱测量仪的体积，一般采用同一个系统来发射和接收光线，所以反射式结构常被采用，最为常见的就是牛顿系统，共用一块主球面反射镜来发射和接收光线，但采用牛顿系统时，镜筒很长。为了减小筒长，通常采用卡塞格林式系统结构，主镜的外部用来发射，里面用来接收，但口径要求做得很大。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种使光学能量充分利用，结构简单，容易实现，克服中心遮拦，反射镜校正困难，使镜筒缩短口径又小而且适用于实验室内环境和缩短距离试验的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统。

实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，包括角反射镜、探测器和计算机控制、分析系统，其特征在于发射部分有氘灯光源，直角棱镜、平凸透镜和弯月透镜，接收部分有主镜和次镜，在一个镜筒内的装配顺序是从输出端开始，依次是弯月透镜，平凸透镜，直角棱镜，次镜，最后为主镜，并在镜筒的中心轴上，氘灯与其直角棱镜光轴垂直。

氘灯位于镜筒的外侧，氘灯与直角棱镜的距离为40～50mm。

平凸透镜为平凸非球面透镜。

弯月透镜为弯月形负透镜。

直角棱镜、平凹透镜和弯月透镜为双贴合透镜结构，发射通光口径取φ25～φ30mm。

主镜为卡塞格林式球面反射镜，主镜的相对孔径，D为主镜口径，f为主镜焦距，D/f等于1/4～1/2，通光口径为φ60mm。

次镜为平凸反射镜，其口径小于发射通光口径，为φ20～φ28mm，且平凸半径根据后工作距来确定。

本实用新型是差分吸收光谱仪中的光学部分发射和接收装置，通常称之为望远镜，除此之外还有样品池，其中放入被测气体样品或直接测量环境气体，角反射器，它是将望远镜出射光束再经样品池反射回望远镜，在望远镜内最后聚焦产生会聚点，此会聚点即为本光学系统输出点，会聚点可以直接使用探测器，也可以引入另一分光光谱仪，进行光电转换后接入计算机系统进行分析得出气体浓度的结果。

本实用新型的光学系统结构是，发射氘灯光源放在镜筒外侧，所发射的光线经直角棱镜反射后方向与原来垂直，再经过平凸透镜和弯月透镜产生准直光出射，平凸透镜全名为平凸非球面透镜用来校正像差；弯月透镜全称为弯月形负透镜，用来进一步校正像差，从而产生平行光发射出去，直角棱镜是常规镜片，但这三个镜片组合在一起称之为双贴合透镜，氘灯在镜筒外侧，主要是因为氘灯有一定的体积，这种结构非常紧凑，光效率又高。接收部分采用了卡塞格林式主球面镜和次镜组成，其名为卡塞格林系统，本说明简称主镜和次镜，经上述发射部分出射的平行光经远处的角反射镜反射到镜筒内的主镜上，主镜又聚光反射到次镜上，次镜再将光束会聚通过主镜的通光孔，产生会聚点，主镜的相对通光孔径加大以紧缩结构，相对孔径D/f＝1/4～1/2，D为主镜口径，F为主镜焦距。次镜采用了平凸反射镜，且凸面半径根据穿过主镜通光孔后的工作距来确定，次镜口径要小于发射通光口径，避免了次镜拦光。

本实用新型根据实验室使用的需要，解决了采用反射式发射和接收而口径很大的问题。采用了透射式发射和卡塞格林式的接收方式，避免了共用一块主镜所带来的困难，使能量充分利用。采用本结构：(1)采用透射结构，增大了光源的实际利用发散角，大大提高了发射能量。(2)采用卡塞格林系统接收，将主镜的相对孔径加大，有效地缩短筒长，由于主镜的接收面积加大，从而增加了接收能量。(3)整个系统可以做得很小，适合用于短距离的试验。(4)结构简单，易于加工、检验和调试，容易实现。

附图说明

图1为本实用新型光学系统总体光学结构示意图。

图2为本实用新型发射、接收望远镜示意图。

具体实施方式

参见图1、2，其中1、氘灯光源，2、镜筒，3、弯月透镜，4、平凸透镜，5、直角棱镜，6、次镜，7、主镜，8、会聚点，9、角反射镜。

本实用新型包括角反射镜9、探测器和计算机控制、分析系统，发射部分有氘灯光源1，直角棱镜5、平凸透镜4和弯月透镜3，接收部分有主镜7和次镜6，在镜筒2内的装配顺序是从输出端开始，依次是弯月透镜3，平凸透镜4，直角棱镜5，次镜6，最后为主镜7，并在镜筒2的中心轴上，氘灯1与其直角棱镜5光轴垂直。

氘灯光源1由于体积大放在镜筒2的外侧，所发光的光束经直角棱镜3反射后，方向与原来垂直，经平凸透镜4和弯月透镜3产生准直光出射，平行光经远处的角反射镜9反射，入射到接收部分的主镜7上，反射到次镜6上，次镜6再次反射会聚通过主镜7的中心孔，产生会聚点，会聚点8可以是探测器。

氘灯1与直角棱镜5之间的距离为47mm，氘灯1体积大，为避免遮光，将氘灯1放在镜筒2的外侧，采用直径φ22mm的直角棱镜5可以改变光束方向又缩短了光程，平凸透镜4为平凸非球面透镜，平面可与直角棱镜5平面整体组合装调，非球面用来校正像差，弯月透镜3为弯月形负透镜，用来进一步校正像差，平凸透镜4的凸面与弯月透镜3负面组合装调，因此，直角棱镜5、平凸透镜4、弯月透镜3组成双贴合透镜结构，从而产生准直光发射，发射通光口径取φ25mm。

接收部分采用卡塞格林系统，其通光口径为φ60mm，取主镜相对孔径D/f等于1/2，其中D是主镜口径，为φ60mm，f为主镜焦距取120mm，次镜为平凸反射镜，小于发射光通口径为φ24mm且平凸半径根据后工作距来确定。总的筒长在130～200mm左右，从而解决了镜筒过长的问题。

Claims

1、实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，包括角反射镜、探测器和计算机控制、分析系统，其特征在于发射部分有氘灯光源，直角棱镜、平凸透镜和弯月透镜，接收部分有主镜和次镜，在一个镜筒内的装配顺序是从输出端开始，依次是弯月透镜，平凸透镜，直角棱镜，次镜，最后为主镜，并在镜筒的中心轴上，氘灯与其直角棱镜光轴垂直。

2、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于氘灯位于镜筒的外侧，氘灯与直角棱镜的距离为40～50mm。

3、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于平凸透镜为平凸非球面透镜。

4、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于弯月透镜为弯月形负透镜。

5、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于直角棱镜、平凹透镜和弯月透镜为双贴合透镜结构，发射通光口径取φ25～φ30mm。

6、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于主镜为卡塞格林式球面反射镜，主镜的相对孔径，D为主镜口径，f为主镜焦距，D/f等于1/4～1/2，通光口径为φ60mm。

7、根据权利要求1所述的实验室用差分吸收光谱仪的发射、接收系统，其特征在于次镜为平凸反射镜，其口径小于发射通光口径，为φ20～φ28mm，且平凸半径根据后工作距来确定。