[發(fā)明專利]使用球面反射鏡同時獲得密集光斑圖案的多通道池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280013008.0
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN103430010A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 斯蒂芬·蘇;大衛(wèi)·托馬茲
• 申請（專利權(quán)）人: 激光傳感公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 張華卿;王漪

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2011年3月24日提交的第61/467,171號美國臨時申請的權(quán)益，該臨時申請通過引用結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學多通道池（MPC）構(gòu)型，并更具體地，涉及一種使用直接射線追蹤技術(shù)配置的以產(chǎn)生光斑圖案的安排，這些光斑圖案布滿各反射鏡表面的大部分，而無明顯的光束光斑重疊。

發(fā)明背景

一種用于檢測環(huán)境中少量氣體的已知成功系統(tǒng)是通過使用吸收光譜學。通過這種技術(shù)，特定氣體高度吸收的具有選定波長的光束穿過該氣體的一個樣品，其中設(shè)計了儀表來檢測該特定氣體。該光束的吸收率被用作該光束中的該氣體濃度水平的指標。為了通過光譜吸收提高檢測低濃度水平氣體的靈敏度，有必要讓該光束穿過該氣體樣品的一個較長的通路。換言之，由于吸收的增多，當穿過一個樣品的光束的長度增大時，該儀表檢測到非常小的氣體水平的靈敏度也增強。

容易理解的是，如果將一個光束穿過一個很長的含有一個氣體樣品的管道，這些要求這個長度的管道的儀表將會非常笨重并因此不便攜帶。為了克服這個問題，其他人設(shè)計的系統(tǒng)中，光束在相對的反射鏡之間反復反射，由此以可以將該儀表的尺寸實質(zhì)性減小的方式擴展該光束暴露在一個氣體樣品中的長度。

這種類型的典型吸收池被稱為“多通道池”并包括一個狹長圓柱，在該圓柱中，多個反射鏡在相對端放置，并通過這些反射鏡之一中的一個孔將光引到這些池中。由于來自各光斑的散射光可以反射到重疊光斑的光束方向中，從而造成干擾標準具條紋圖案，這些多通道池必要地避免讓反射鏡反射光斑位置重疊。這些池還普遍使用凹面鏡面在每次反射時將光束重聚焦，從而防止激光束在該長光程上發(fā)散。

圖1展示了一個示例性現(xiàn)有技術(shù)多通道池安排1，包括一對反射鏡2、3，這些反射鏡被隔開一預定間距d以形成一個光學腔。在該示例中反射鏡2、3各自具有相同的曲率半徑，并采取具有一個焦點的球面反射鏡的形式。為了產(chǎn)生一個光斑圖案，將一個入射激光束在一個離軸取向上（即相對于安排1的光軸OA的離軸）引入該腔。參照圖1，示出了由一個激光源5提供的并通過在反射鏡3中形成的孔4引入該系統(tǒng)的入射激光束I。然后入射激光束I在反射鏡2和3之間多次反射，最終如圖所示通過孔4射出，并進入一個檢測器6。因為該輸出激光束與該輸入光束穿過相同的孔徑，所以該具體的現(xiàn)有技術(shù)實施例被描述為一個“重入”構(gòu)型。

在圖1中還示出了由這些反射形成的一個示例性光斑圖案。明顯地，通過增加反射次數(shù)（因此增加光斑數(shù)量），光程長度才增加。對許多安排，例如如上所述的微量氣體感測中，在一個較小的物理尺寸內(nèi)（也就是，大多趨向于厘米級別的一個間隔d）利用一個較長的光程長度（以米計量，有時候是幾十個反射鏡）是優(yōu)選的。在提高光斑密度提供這個期望的結(jié)果的同時，防止這些光斑重疊也同樣重要（否則會產(chǎn)生不想要的干擾效果、條紋圖案等）。因為現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)型通常利用球面構(gòu)件，這些構(gòu)件產(chǎn)生的光斑圖案的形式要么是一個單圓圖案要么是一個單橢圓圖案，這些池被限制在發(fā)生重疊之前可以形成的光斑數(shù)目以內(nèi)。