[發明專利]將光線耦合進光纖的緊湊消色差型光采集器

有效

• 申請號: 201811566235.1
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109444113B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 李闊湖;張桐;楊光;袁書卿
• 申請（專利權）人: 平頂山學院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/01;G02B3/08;G02B7/02
• 代理公司: 鄭州市華翔專利代理事務所(普通合伙) 41122
• 代理人: 于建元

本發明涉及一種將光線耦合進光纖的緊湊消色差型光采集器；該光采集器含有從前到后依次安裝在鏡筒內的兩個菲涅爾聚焦透鏡、兩個凸透鏡、凹透鏡、和光纖接口，光纖接口后部的光纖從鏡筒后端穿出；菲涅爾聚焦透的外徑D1大于凸透鏡和凹透鏡的外徑D2，兩個菲涅爾聚焦透鏡的光面相對設置，第二菲涅爾聚焦透鏡和第三凸透鏡的光心之間的距離等于第二菲涅爾聚焦透鏡的非光面焦距和第三凸透鏡的前焦距之和，第四凸透鏡的光心和光纖接口的光線接收面中心之間的距離大于第四凸透鏡的后焦距，第四凸透鏡的光心和凹透鏡的光心之間的距離小于第四凸透鏡的后焦距；本發明在保證光收集效能的情況下，具有大采集立體角、結構緊湊和消除色差的功能。

（一）、技術領域：

本發明涉及一種光采集器，特別涉及一種將光線耦合進光纖的緊湊消色差型光采集器。

（二）、背景技術：

LIBS（laser-induced?breakdown?spectroscopy，激光誘導擊穿光譜）是一種原子發射光譜技術，它利用高強度脈沖激光燒蝕樣品產生等離子體，通過采集分析等離子體發射光譜，得到樣品中元素的種類及含量。LIBS技術具有可快速檢測、較少或不需樣品制備、較低的樣品損耗、可在線或原位檢測、可分析多種物態等優點，其越來越廣泛地應用于生物醫學、冶金、環境監測、文物分析鑒定、太空探索和能源開發等諸多領域。

進行LIBS分析時，需要采集等離子體輻射光，并將該輻射光傳輸至光譜儀進行解析分析。為了方便使用，現有光譜儀基本都采取光纖輸入的形式，把被分析光通過光纖傳輸入光譜儀。這就需要把等離子體輻射光耦合進光纖，光耦合進光纖的過程中需要使用透鏡對光路進行變換；一般的透鏡焦距小時，厚度太大，對光吸收強烈，減低采集效能；透鏡焦距大時，耦合進光纖的光路尺寸較大，不利于使用；并且，由于凸透鏡在對光線聚焦過程中會產生色差，導致不同波長光線的焦點不重合，在光線耦合進光纖的時候，不同波長光的耦合效率會產生差異，影響耦合效果。

（三）、發明內容：

本發明要解決的技術問題是：提供一種將光線耦合進光纖的緊湊消色差型光采集器，該光采集器在保證光收集效能的情況下，同時具有大采集立體角、結構緊湊和消除色差的功能。

本發明的技術方案：

一種將光線耦合進光纖的緊湊消色差型光采集器，含有第一菲涅爾聚焦透鏡、第二菲涅爾聚焦透鏡、第三凸透鏡、第四凸透鏡、凹透鏡、光纖接口和鏡筒，第一菲涅爾聚焦透鏡、第二菲涅爾聚焦透鏡、第三凸透鏡、第四凸透鏡、凹透鏡和光纖接口從前到后依次安裝在鏡筒內，第一菲涅爾聚焦透鏡、第二菲涅爾聚焦透鏡、第三凸透鏡、第四凸透鏡和凹透鏡的主光軸均重合在一條中心線上，且該中心線垂直穿過光纖接口的光線接收面中心，鏡筒的前端敞口，鏡筒的后端封閉，光纖接口后部連接的光纖從鏡筒的后端穿出；第一菲涅爾聚焦透鏡和第二菲涅爾聚焦透鏡的外徑均為D1，第三凸透鏡、第四凸透鏡和凹透鏡的外徑均為D2，D1大于D2，第一菲涅爾聚焦透鏡的光面和第二菲涅爾聚焦透鏡的光面相對設置，第二菲涅爾聚焦透鏡的光心和第三凸透鏡的光心之間的距離等于第二菲涅爾聚焦透鏡的非光面的焦距和第三凸透鏡的前面的焦距之和，第四凸透鏡的光心和光纖接口的光線接收面中心之間的距離大于第四凸透鏡的后面的焦距，第四凸透鏡的光心和凹透鏡的光心之間的距離小于第四凸透鏡的后面的焦距，從第四凸透鏡的前面射入的與中心線平行的光線依次經過第四凸透鏡和凹透鏡后匯聚在光纖接口的光線接收面中心。

第三凸透鏡和第四凸透鏡均為平凸透鏡，凹透鏡為平凹透鏡，第三凸透鏡的平面和第四凸透鏡的凸面相對設置，第四凸透鏡的平面和凹透鏡的平面相對設置，第二菲涅爾聚焦透鏡的光心和第三凸透鏡的光心之間的距離等于第二菲涅爾聚焦透鏡的非光面的焦距和第三凸透鏡的凸面的焦距之和，第四凸透鏡的光心和光纖接口的光線接收面中心之間的距離大于第四凸透鏡的平面的焦距，第四凸透鏡的光心和凹透鏡的光心之間的距離小于第四凸透鏡的平面的焦距。

D1大于兩倍的D2。

鏡筒的內徑與第一菲涅爾聚焦透鏡、第二菲涅爾聚焦透鏡、第三凸透鏡、第四凸透鏡和凹透鏡的外徑匹配。