[發明專利]光學多程池

在審

• 申請號: 201980052707.8
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN112534239A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 達米安·魏德曼;約翰尼·鐘·梁·楚
• 申請（專利權）人: 英國研究與創新組織
• 主分類號: G01N21/03
• 分類號: G01N21/03
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 田琳婧

本公開涉及一種紅外光譜儀，該紅外光譜儀包括：第一和第二相對反射器，該第一和第二相對反射器被以一段間隔長度間隔開；以及多個離散的凹形反射小面，該反射小面是相對反射器中的至少一個反射器的小面。紅外激光源被布置為形成激光束。相對反射器被布置為使得激光束從相對反射器中的每個反射器交替反射，包括被反射小面中的每個反射小面反射至少一次。檢測器被布置為檢測激光束在從多個反射小面中的每個反射小面反射之后的光譜特性，并且分析器隨后根據檢測出的光譜特性來確定布置在第一和第二相對反射器之間的樣品的特性。

技術領域

本發明涉及例如，用在紅外光譜技術(諸如，紅外吸收光譜法)中的光學多程池。

背景技術

光學多程池(multi-pass cell)提供了光束通過空間的重復反射。它們可以用于多種目的，例如，光學延遲線和激光光譜法。例如，在紅外光譜法的情況下，可能希望增加激光束穿過樣品的路徑長度，以增加樣品對激光束的影響。這樣的影響可以包括紅外吸收光譜法中對特定激光束波長的吸收或諸如光譜特征的線寬或波長的微小變化的其他影響。

對于某些應用，期望能夠提供一種在光學多程池的長度和/或寬度方面更緊湊的光學多程池，并且能夠提供一種更加穩定、易于制造等的多程池。同時，通常希望使激光束在多程池內的不必要的光學損失最小化。例如，此類損失可能由于該池中的反射小面(facet)的反射率低于理想反射率以及其他影響而產生。

本發明解決了相關現有技術的問題和限制。

發明內容

本發明試圖提供一種緊湊的多程池，適合用于諸如激光光譜法(包括紅外光譜法，例如，紅外吸收光譜法或色散光譜法)的應用，盡管該池可用于如下所述的各種其他應用。通常，這樣的池至少包括第一和第二相對反射器，每個反射器具有多個反射小面和/或平面反射部分，如下文各種描述，并且該池例如可以被認為是這些反射器以及反射器之間的空間的組合，這種組合用于激光束在這些小面之間的多次穿過。如果需要，該池還可以包括被布置為至少在反射器之間的空間中保留樣品(通常為氣體)以進行適當的光學分析的壁，盡管在開放式池布置中，樣品氣體可以存在于反射器之間，而無需用壁形成完全封閉的部分(如果需要)。

本發明的各方面涉及對多小面的光學器件的數值建模并通過此數值建模被描述，以例如通過減少激光束在所定義的反射小面表面之外的入射來促進激光束在反射器之間的更高約束。

具體地，根據一方面，本發明提供了一種紅外光譜儀，該紅外光譜儀包括：第一和第二相對反射器，該第一和第二相對反射器被以一段間隔長度間隔開，每個反射器包括多個離散的凹形反射小面；紅外激光源，被布置為形成激光束；第一和第二反射器的反射小面被布置為使得激光束通過從第一和第二相對反射器中的每個反射器的反射小面交替反射而從多個反射小面中的每個反射小面反射至少一次；檢測器，被布置為檢測激光束在從多個反射小面反射之后的光譜特性；以及分析器，被布置為根據檢測出的光譜特性來確定設置在第一和第二相對反射器之間的樣品的特性。樣品通?？梢允菤怏w、液體、或其他流體，盡管可以使用其他樣品類型。

根據另一方面，本發明提供了一種紅外光譜儀，該紅外光譜儀包括：第一和第二相對反射器，該第一和第二相對反射器被以一段間隔長度間隔開；多個離散的凹形反射小面，這些反射小面是相對反射器中的至少一個反射器的小面；紅外激光源，被布置為形成激光束；這些相對反射器被布置為使得激光束從這些相對反射器中的每個反射器交替反射，包括被這些反射小面中的每個反射小面反射至少一次；檢測器，被布置為檢測激光束在從多個反射小面中的每個反射小面反射之后的光譜特性；以及分析器，被布置為根據檢測出的光譜特性來確定設置在第一和第二相對反射器之間的樣品的特性。

在任一方面中，這些離散的凹形反射小面在每個這樣的小面與相鄰小面不連續的意義上可被認為是離散的。這可以例如通過表述在相鄰的凹形小面之間需要凸曲率來表示，盡管凹曲率可以以凸邊緣和/或更緩慢地彎曲的凸形樣子的形式來提供。