本發(fā)明涉及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，特別涉及一種光束耦合裝置。

背景技術(shù)：

tdlas是指可調(diào)諧二極管激光吸收光譜，是tunablediodelaserabsorptionspectroscopy的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)主要是利用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的窄線寬和波長(zhǎng)隨注入電流改變的特性實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的單個(gè)或幾個(gè)距離很近很難分辨的吸收線進(jìn)行測(cè)量。tdlas技術(shù)為一種高選擇性、高分辨率的光譜技術(shù)，由于分子光譜的“指紋”特征，它不受其它氣體的干擾。tdlas技術(shù)是一種對(duì)所有在紅外有吸收的活躍分子都有效的通用技術(shù)，同樣的儀器可以方便的改成測(cè)量其它組分的儀器，只需要改變激光器和標(biāo)準(zhǔn)氣。此外，tdlas技術(shù)具有速度快，靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。在不失靈敏度的情況下，其時(shí)間分辨率可以在ms量級(jí)。因此，tdlas技術(shù)廣泛應(yīng)用于分子光譜研究、工業(yè)過(guò)程監(jiān)測(cè)控制、燃燒過(guò)程診斷分析、發(fā)動(dòng)機(jī)效率和機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)量、爆炸檢測(cè)、大氣中痕量污染氣體監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中。

tdlas技術(shù)中，通常需要運(yùn)用到激光檢測(cè)技術(shù)，激光檢測(cè)技術(shù)中，通常情況下一種激光器只能檢測(cè)一種物質(zhì)，為了能同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)的濃度，需要將不同的激光器發(fā)出的不同波長(zhǎng)的光束進(jìn)行耦合。現(xiàn)有的光束耦合裝置很多，但由于現(xiàn)有光束耦合裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的局限性，現(xiàn)有光束耦合裝置往往不能有效的實(shí)現(xiàn)光束的合束，光束的耦合效果差，極大影響了其后期的檢測(cè)功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種光束耦合裝置，該光束耦合裝置通過(guò)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的耦合，光束的能量損失小。

一種光束耦合裝置，包括：

發(fā)射機(jī)構(gòu)，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)設(shè)置有至少兩個(gè)，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)用于光束的發(fā)射，且不同的所述發(fā)射機(jī)構(gòu)用于發(fā)射不同的規(guī)定波長(zhǎng)的光束；

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述發(fā)射機(jī)構(gòu)的光束發(fā)射方向上，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于光束的方向調(diào)節(jié)從而使所述發(fā)射機(jī)構(gòu)發(fā)射的光束射向規(guī)定方向；

合束機(jī)構(gòu)，所述合束機(jī)構(gòu)為色散棱鏡且設(shè)置在所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的光束傳輸方向上，所述色散棱鏡用于接收來(lái)自所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的全部光束，并調(diào)整不同波長(zhǎng)光束的入鏡角度從而使其折射出鏡時(shí)合成一個(gè)整光束。

優(yōu)選地，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)為激光發(fā)射器，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為反射鏡或棱鏡或半透半反鏡或光纖。

優(yōu)選地，所述反射鏡設(shè)置有至少兩個(gè)，且所述反射鏡與所述發(fā)射機(jī)構(gòu)呈一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述色散棱鏡為三棱鏡或直角棱鏡或五角棱鏡。

優(yōu)選地，所述三棱鏡包括入射面、主截面及出射面，其中，所述入射面用于接收所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳輸來(lái)的光束且光束經(jīng)所述入射面后第一次折射入鏡，所述主截面用于第一次折射后光束在鏡內(nèi)的直線傳輸，所述出射面用于沿主截面?zhèn)鬏攣?lái)的光束的第二次折射出鏡。

優(yōu)選地，所述三棱鏡設(shè)置有至少兩個(gè)，所述三棱鏡層層相間隔設(shè)置且上層的三棱鏡的出射面與下層的三棱鏡的入射面平行。

優(yōu)選地，所述發(fā)射機(jī)構(gòu)、所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及所述合束機(jī)構(gòu)上均連接有位置調(diào)整機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與所述合束機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有中轉(zhuǎn)反射鏡，所述中轉(zhuǎn)反射鏡用于接收所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳輸來(lái)的所有光束并使光束以規(guī)定角度射向所述合束機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述中轉(zhuǎn)反射鏡的光束反射面為平行光束反射面，所述平行光束反射面用于將外部射向所述平行光束反射面的光束呈平行狀態(tài)反射出。

優(yōu)選地，所述激光發(fā)射器包括左側(cè)激光發(fā)射器與右側(cè)激光發(fā)射器，所述左側(cè)激光發(fā)射器正下方設(shè)置有左反射鏡，所述右側(cè)激光發(fā)射器正下方設(shè)置有右反射鏡，所述左反射鏡與所述右反射鏡中間位置處設(shè)置有中轉(zhuǎn)反射鏡，所述中轉(zhuǎn)反射鏡正下方設(shè)置有三棱鏡。

優(yōu)選地，所述三棱鏡設(shè)置有兩個(gè)且分別為上層三棱鏡與下層三棱鏡，所述上層三棱鏡的出射面與所述下層三棱鏡的入射面平行。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的該光束耦合裝置包括至少兩個(gè)用于發(fā)射不同規(guī)定波長(zhǎng)光束的發(fā)射機(jī)構(gòu)，與發(fā)射機(jī)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的用于朝規(guī)定方向傳輸光束的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以及接收調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所傳輸?shù)娜抗馐⑵浜铣梢粋€(gè)整光束的色散棱鏡，通過(guò)本裝置巧妙的布局，不同波長(zhǎng)的光束只需按照規(guī)定路線傳輸便可以合成一個(gè)整光束，從而能有效實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的耦合。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1和圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的光束耦合裝置的光學(xué)原理圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

參見(jiàn)圖1至圖3，圖1至圖3提供了本發(fā)明一種光束耦合裝置的具體實(shí)施例，其中，圖1和圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的光束耦合裝置的光學(xué)原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的一種光束耦合裝置巧妙的利用光束的反射與折射原理，構(gòu)建了由發(fā)射機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及合束機(jī)構(gòu)組成的光束耦合裝置，能有效實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的耦合，光束的能量損失小。

本實(shí)施例中，折射原理如圖1和圖2所示，圖1中，一整束含有波長(zhǎng)λ1和λ2的光束，從色散棱鏡左側(cè)射入再?gòu)纳⒗忡R右側(cè)射出時(shí)，該光束會(huì)分成上下兩束分光束，兩束分光束分別對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λ1和λ2。

如此，根據(jù)光路可逆原理，如果有一束波長(zhǎng)為λ1的光束和一束波長(zhǎng)為λ2的光束分別從上述圖1出射光λ1和λ2的出射方向反向進(jìn)入色散棱鏡，那么在色散棱鏡的左側(cè)出射的兩束光束將重合為一束整的光束，此即為圖2。

本方案的光束耦合裝置包括發(fā)射機(jī)構(gòu)，發(fā)射機(jī)構(gòu)設(shè)置有至少兩個(gè)，發(fā)射機(jī)構(gòu)用于光束的發(fā)射，且不同的發(fā)射機(jī)構(gòu)用于發(fā)射不同的規(guī)定波長(zhǎng)的光束。本實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)構(gòu)為激光發(fā)射器，且激光發(fā)射器設(shè)置有兩個(gè)，分別為左側(cè)上方的左側(cè)激光發(fā)射器1與右側(cè)上方的右側(cè)激光發(fā)射器2，其中，左側(cè)激光發(fā)射器1與右側(cè)激光發(fā)射器2所發(fā)射的光束波長(zhǎng)由檢測(cè)中所需的光束波長(zhǎng)決定。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在發(fā)射機(jī)構(gòu)的光束發(fā)射方向上，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于將其所對(duì)應(yīng)的發(fā)射機(jī)構(gòu)發(fā)射的光束朝規(guī)定方向傳輸。本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)優(yōu)選為反射鏡且反射鏡設(shè)置有兩個(gè)，分別為設(shè)置在左側(cè)激光發(fā)射器1正下方的左側(cè)反射鏡3以及設(shè)置在右側(cè)激光發(fā)射器2正下方的右側(cè)反射鏡4。

具體的，所述反射鏡設(shè)置有至少兩個(gè)，且所述反射鏡與所述發(fā)射機(jī)構(gòu)呈一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。從而每個(gè)反射鏡對(duì)應(yīng)調(diào)整一個(gè)不同發(fā)射機(jī)構(gòu)多發(fā)射來(lái)的光束，更方便光束方向的調(diào)整。

當(dāng)然，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也可以為棱鏡或半透半反鏡或光纖。

合束機(jī)構(gòu)為色散棱鏡且設(shè)置在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的光束傳輸方向上，色散棱鏡用于接收調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所傳輸來(lái)的全部光束，并調(diào)整不同波長(zhǎng)光束的入鏡角度從而使其折射出鏡時(shí)合成一個(gè)整光束。本實(shí)施例中，色散棱鏡選用了三棱鏡5。三棱鏡5設(shè)置在左側(cè)反射鏡3與右側(cè)反射鏡4中部下方處。

當(dāng)然，色散棱鏡也可以選用直角棱鏡或五角棱鏡。

具體設(shè)置過(guò)程中，根據(jù)左側(cè)激光發(fā)射器1與右側(cè)激光發(fā)射器2所發(fā)射的光束波長(zhǎng)的不同，調(diào)整左側(cè)反射鏡3、右側(cè)反射鏡4及三棱鏡5之間的位置，以確保不同光束與其各自折射率匹配的位置進(jìn)入三棱鏡5，最終折射出鏡時(shí)合成一個(gè)整的光束。

本發(fā)明提供的該光束耦合裝置通過(guò)本裝置巧妙的布局，不同波長(zhǎng)的光束只需按照規(guī)定路線傳輸便可以合成一個(gè)整光束，從而能有效實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的耦合。

此外，本實(shí)施例中的裝置巧妙的利用光束本身反射及折射的物理特性，使不同波長(zhǎng)的光束只需按照規(guī)定路線經(jīng)過(guò)反射及折射便可以合成一個(gè)整光束，不需要對(duì)光束進(jìn)行其他處理，從而能在有效減小光束能量損失的前提下實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的有效耦合。

實(shí)際操作中，波長(zhǎng)間隔越大的兩束光束越易實(shí)現(xiàn)耦合，另外在選擇色散棱鏡的時(shí)候盡量選擇阿貝數(shù)較小的棱鏡，以更易實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)光束的合束。

整體而言，本實(shí)施例提供的該光束耦合裝置對(duì)多波長(zhǎng)光束的耦合度高，在合束的同時(shí)，對(duì)光路具有縮束整形的作用；在整個(gè)合束過(guò)程中，未使用狹縫、透鏡之類的對(duì)光能量損耗較大的元件，極大地保存了光束的能量；此外，本發(fā)明合束后的光束直徑較小，極易兼容進(jìn)其他檢測(cè)系統(tǒng)中，基本不受尺寸限制。

本實(shí)施例中，為方便光束經(jīng)折射后合成一個(gè)整的光束，三棱鏡5包括入射面501、主截面502及出射面503，其中，入射面501用于接收調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳輸來(lái)的光束，且光束經(jīng)入射面501后第一次折射入鏡；主截面502用于第一次折射后光束在鏡內(nèi)的直線傳輸；出射面503用于沿主截面502傳輸來(lái)的光束的第二次折射出鏡。

本實(shí)施例中，為方便發(fā)射機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及合束機(jī)構(gòu)位置的調(diào)整，從而確保發(fā)射機(jī)構(gòu)所發(fā)射的不同波長(zhǎng)的光束經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與合束機(jī)構(gòu)處理后都可以合成一束整的光束，優(yōu)選地，發(fā)射機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及合束機(jī)構(gòu)上均連接有位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6。具體實(shí)施中，位置調(diào)整機(jī)構(gòu)6用于調(diào)整發(fā)射機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、合束機(jī)構(gòu)三者與水平面的夾角和相互之間的距離，從而調(diào)整光束的入射方向、傳輸方向及折射方向。

實(shí)施例2：

參見(jiàn)圖4，圖4提供了本發(fā)明一種光束耦合裝置的另一種具體實(shí)施例，其中，圖4為本發(fā)明實(shí)施例2所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實(shí)施例的其它部分與實(shí)施例1相同，不同之處在于，為進(jìn)一步方便控制不同的光束以規(guī)定的角度射向合束機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與合束機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有中轉(zhuǎn)反射鏡7，中轉(zhuǎn)反射鏡7用于接收所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)傳輸來(lái)的所有光束并將光束以規(guī)定角度射向所述合束機(jī)構(gòu)。

本實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)構(gòu)為激光發(fā)射器，包括左側(cè)激光發(fā)射器1與右側(cè)激光發(fā)射器2，左側(cè)激光發(fā)射器1正下方設(shè)置有左反射鏡3，右側(cè)激光發(fā)射器2正下方設(shè)置有右反射鏡4，左反射鏡3與右反射鏡4中間位置處設(shè)置有中轉(zhuǎn)反射鏡7，中轉(zhuǎn)反射鏡7正下方設(shè)置有三棱鏡5。

具體操作中，首先根據(jù)左側(cè)激光發(fā)射器1與右側(cè)激光發(fā)射器2發(fā)射的光束的波長(zhǎng)關(guān)系，規(guī)定好左側(cè)激光發(fā)射器1所發(fā)射光束與三棱鏡5的夾角，同時(shí)調(diào)節(jié)左反射鏡3使之滿足該夾角；

其次通過(guò)調(diào)節(jié)右反射鏡4來(lái)改變右側(cè)激光發(fā)射器2發(fā)射的光束的傳輸方向，使之通過(guò)三棱鏡5后出射光與左側(cè)激光發(fā)射器1所發(fā)射光束的出射光平行；

最后再通過(guò)調(diào)節(jié)中轉(zhuǎn)反射鏡7及三棱鏡5的距離實(shí)現(xiàn)兩出射光束的重合，并調(diào)節(jié)左側(cè)激光發(fā)射器1發(fā)射光束與三棱鏡5的夾角為合適值，以實(shí)現(xiàn)光束直徑的縮小整形。

實(shí)施例3：

參見(jiàn)圖5，圖5提供了本發(fā)明一種光束耦合裝置的第三種具體實(shí)施例，其中，圖5為本發(fā)明實(shí)施例3所公開(kāi)的光束耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實(shí)施例的其它部分與實(shí)施例2相同，不同之處在于，三棱鏡設(shè)5置有至少兩個(gè)，三棱鏡5層層相間隔設(shè)置且上層的三棱鏡的出射面與下層的三棱鏡的入射面平行。

本實(shí)施例中，三棱鏡5設(shè)置有兩個(gè)且分別為上層三棱鏡與下層三棱鏡，上層三棱鏡的出射面與下層三棱鏡的入射面平行。從而更方便光束經(jīng)多次折射后合成一個(gè)整的光束。

本實(shí)施例中，為進(jìn)一步方便光束的合成，中轉(zhuǎn)反射鏡7的光束反射面為平行光束反射面，平行光束反射面用于將外部射向所述平行光束反射面的光束呈平行狀態(tài)反射出。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種光束耦合裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。