一种光路装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光路装置，包括第一反射镜；第二反射镜，其沿第一反射镜的反射光路设置；第三反射镜，其沿第二反射镜的反射光路设置；第四反射镜，其沿第三反射镜的反射光路设置；待测样品，其沿第四反射镜的反射光路设置；第五反射镜，其沿待测样品的反射光路设置；第六反射镜，其沿第五反射镜的反射光路设置；探测器，其沿第六反射镜的反射光路设置；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜设置在外壳中。本实用新型可以将红外光谱仪导出的准平行光束转换为平行光束，提高了检测的准确度。利用本实用新型可实现在外接光路环境下的红外光谱测试，拓宽了光谱仪的使用条件，增加了光谱测试适用范围。
【专利说明】一种光路装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程光学和光学测量【技术领域】，尤其涉及一种光路装置。
【背景技术】
[0002]在当今科研工作中，红外光谱测试是一种非常普遍的实验方法，尤其是在凝聚态物理领域和材料科学领域。红外光谱作为一种非常成熟的探测手段，有利于研究晶格振动，电子能带和结构相变等物理现象和机理有很大的帮助。然而常规测试所能提供的物理信息非常有限，为了对凝聚态物质有更加深入更加系统的研究，在测试样品上外加条件例如温度场，磁场和电场等各种变化的调控是有效且被证明切实可行的方法。科研用的红外光谱仪通常有两种途径获得:自己搭建和购买商业仪器。自己搭建的系统有较高的适应性，可根据自身的需求做相应的设备变更，但是往往有搭建周期较长，仪器性能不尽如人意等缺陷；购买的商业仪器公司的设备通常集成度较好，使用方便，信号信噪比优化较好，但是适应性较差。尤其对于目前以快速傅里叶变换方式为主的红外光谱仪，干涉仪的精度对于光谱仪的性能有决定性影响。商业仪器在干涉仪精度上有绝对优势。因此，在商业仪器上做必要的改装是一种比较折中且高效的方法。
[0003]商业仪器的集成度较高，通常样品室的空间非常有限，而例如强磁场等复杂的外场环境需要较大的工作空间，加之目前市场上生产科研用红外光谱仪的美国Nicolet和德国Bruker公司出品的仪器均有光路外接功能以及相应外置探测器支持。外接光路是根据自身需求做改装的切实可行的方案。然而，外接光路通常遇到两个技术瓶颈，1、由于大气中的水气和二氧化碳等对红外光有强烈的吸收，因此为了获得频谱范围较宽且信噪比高的红外光谱信号，需要将整个光路处于与大气隔绝的密闭空间中，并对该空间进行真空处理或者氮气吹扫等处理；2、由于光谱仪导出的光一般为准平行光，平行度不高，经长距离传输后，信噪比下降较多，不利于进行准确测量。另外，商用红外光谱仪与外部条件如温度和磁场等仪器设备分属于不同的制造商，兼容性较差或基本不具备。
[0004]为了克服现有技术中外接光路设备中红外光束平行度不高、与红外光谱仪的兼容性较差以及不易于真空和氮气吹扫处理等缺陷，提出了一种光路装置。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提出一种光路装置，可以将红外光谱仪导出的准平行光束转换为平行光束，提高了检测的准确度。本实用新型可实现在外接光路环境下的红外光谱测试，拓宽了光谱仪的使用条件，增加了光谱测试适用范围。
[0006]本实用新型提出了一种光路装置，包括:第一反射镜，光束射入所述第一反射镜中；第二反射镜，其沿所述第一反射镜的反射光路设置，所述光束经所述第一反射镜反射后射入所述第二反射镜中；第三反射镜，其沿所述第二反射镜的反射光路设置，所述光束经所述第二反射镜反射后射入所述第三反射镜中；第四反射镜，其沿所述第三反射镜的反射光路设置，所述光束经所述第三反射镜反射后射入所述第四反射镜中；待测样品，其沿所述第四反射镜的反射光路设置，所述光束经所述第四反射镜反射后射入所述待测样品中；第五反射镜，其沿所述待测样品的反射光路设置，所述光束经所述待测样品反射后射入所述第五反射镜中；第六反射镜，其沿所述第五反射镜的反射光路设置；探测器，其沿所述第六反射镜的反射光路设置，所述光束经所述第五反射镜反射后射入所述第六反射镜后射入探测器；所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜设置在外壳中。
[0007]本实用新型光路装置中，所述第一反射镜、第二反射镜、第四反射镜、第五反射镜与第六反射镜为离轴抛物面反射镜，所述第三反射镜为平面反射镜。
[0008]本实用新型光路装置中，所述第一反射镜与所述第二反射镜的距离为所述第一反射镜焦距的两倍。
[0009]本实用新型光路装置中，进一步包括光阑，所述光阑设置在所述第一反射镜与所述第二反射镜之间，位于所述第一反射镜的焦点处。
[0010]本实用新型光路装置中，所述第四反射镜与所述待测样品的距离为所述第四反射镜的一倍焦距。
[0011]本实用新型光路装置中，所述第五反射镜与所述待测样品的距离为所述第五反射镜的一倍焦距。
[0012]本实用新型光路装置中，所述探测器与所述第六反射镜的距离为所述第六反射镜的一倍焦距。
[0013]本实用新型光路装置中，所述外壳包括第一壳体与第二壳体；所述第一壳体与所述第二壳体连通。
[0014]本实用新型光路装置中，所述第一反射镜与所述第二反射镜设置在所述第一壳体的内部；所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜与所述第六反射镜设置在所述第二壳体的内部。
[0015]本实用新型光路装置中，所述外壳进一步包括连接部件，所述第一壳体与所述第二壳体通过连接部件连通。连接部件可以是真空波纹管。
[0016]本实用新型是通过5座离轴抛物反射镜和一座平面反射镜以及两个真空腔体和一段真空波纹管实现了将光谱仪导出的光束调整并聚焦于外场环境中的样品上，随后将样品反射光束信号收集于探测器的光路装置。
[0017]光谱仪射出的准平行光束进入本实用新型的光路装置后，本实用新型在第一壳体内部通过90°离轴抛物面反射镜与孔径可调的光阑对光谱仪导出的准平行光束进行了重新聚焦调整，克服了大部分光谱仪导出的光束有较大的发散性，不利于长距离外接的缺陷。
[0018]本实用新型在第二壳体内部通过平面反射镜可以减小第一壳体与第二壳体所处高度不同带来的误差。
[0019]本实用新型处于密闭空间中，可以实现与光谱仪同级别的真空状态或者氮气吹扫状态，克服了受大气中水气和二氧化碳等红外吸收的干扰。
[0020]本实用新型可以将红外光谱仪导出的准平行光束转换为平行光束，提高了检测的准确度。
[0021]本实用新型可实现在外接光路环境下的红外光谱测试，拓宽了光谱仪的使用条件，增加了光谱测试适用范围。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型光路装置的示意图。
[0023]图2是本实用新型中外壳的示意图。
【具体实施方式】
[0024]结合以下具体实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本实用新型没有特别限制内容。
[0025]本实用新型的光路装置可对红外光谱仪导出的光线进行重新聚焦调整，从而使光束的平行度提高，本实用新型可用于红外光谱测试实验，尤其适用于需要较大工作空间的红外光谱测试实验中。本实用新型的光路装置可用作红外光谱仪的外接光路，本实用新型光路装置可全部设置在真空的密闭空间中，也可以采用氮气吹扫避免红外光被大气中水分和二氧化碳所吸收。本实用新型重新对入射的红外光束进行聚焦调整，调整后的红外光束具有很高的平行度，从而提高了红外光谱测试的准确度。
[0026]如图1所示，本实用新型光路装置包括六个反射镜、待测样品7以及探测器8，反射镜均设置在壳体10内部，待测样品7置于外界环境内。六个反射镜包括第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3、第四反射镜4、第五反射镜5和第六反射镜6。第一反射镜I用于反射从外部射入的光束。沿第一反射镜I的反射光路上设有第二反射镜2，沿第二反射镜2的反射光路设有第三反射镜3，沿第三反射镜3的反射光路上设有第四反射镜4，待测样品7设置在第四反射镜4的反射光路上，并将光束反射至第五反射镜4中，在第五反射镜5的反射光路上设有第六反射镜6，第六反射镜6将光束反射至探测器8中。
[0027]本【具体实施方式】以红外光谱测试实验为例，第一反射镜1、第二反射镜2、第四反射镜4、第五反射镜5与第六反射镜6为90°尚轴抛物面反射镜,第三反射镜3为平面反射镜。第一反射镜I与第二反射镜2之间的距离为第一反射镜I的焦距Π的两倍，第二反射镜2的焦距与第一反射镜I的焦距相同。第一反射镜I与第二反射镜2之间设置有一个孔径可调的光阑9，光阑9设置在距离第一反射镜I的焦点Gl处。当外部红外光谱仪导出的准平行光束照射在第一反射镜I上，第一反射镜I将该准平行光束转向反射为汇聚同心光束并聚焦于光阑9上，透过光阑9照射到第二反射镜2中，第二反射镜将该发散同心光束成90°转向反射为平行光束。平行光束经过第三反射镜3反射后射入第四反射镜4，第四反射镜4将平行光束90°转向反射为汇聚向心光束并聚焦于处于外场环境中的待测样品7,待测样品7与第四反射镜4之间的距离为第四反射镜4的焦距f2，即待测样品7设置在第四反射镜4的交点G2处。待测样品7反射的发散向心光束照射于第五反射镜5上，通过第五反射镜5经90°转向反射为平行光束并照射在第六反射镜6上，并通过第六反射镜6经90°转向反射为汇聚向心光束聚焦于探测器8中。探测器8与第六反射镜6的距离为第六反射镜6的焦距f3，即探测器8设置在第六反射镜6的焦距G3处。由于该光路工作于红外波段，所有的反射镜的表面均为镀金或者镀铝处理，反射率应为98%以上。
[0028]测试过程中可通过调节光阑9的孔径大小，调节汇聚同心光束聚焦于待测样品7上的光斑大小。假设可变孔径光阑9的孔径大小为Cl1，第一反射镜I与第二反射镜2焦距为，第四反射镜4的焦距为f2，则待测样品7处的聚焦光斑大小d2 = Cl1^f2Zf10
[0029]图2显示的是本实用新型中的外壳10。外壳10包括第一壳体11与第二壳体12。第一壳体11与第二壳体12连通。具体地,第一壳体11与第二壳体12之间可以通过连接部件13连通，连接部件13为真空波纹管或其他类似装置，运用真空波纹管可以调节第一壳体11和第二壳体12的距离，从而适应红外光谱仪与待测样品7之间的距离。
[0030]第一反射镜1、光阑9和第二反射镜2依次设置在第一壳体11中，第一壳体11设有透光孔111和透光孔112。由外部红外光谱仪导出的准平行红外光束从透光孔111射入第一反射镜I中，直至经第二反射镜2反射后从透光孔112中射出。第二壳体12设有透光孔121、透光孔122和透光孔123。第一壳体11的透光孔112与第二壳体12的透光孔121通过真空波纹管连通，第二反射镜2反射的平行光束穿过真空波纹管后从透光孔121射入第三反射镜3中，平行光束依次经第三反射镜3与第四反射镜4反射后从透光孔122射出聚焦于待测样品7中。光束经待测样品7反射后从透光孔122中射入第五反射镜5，依次经第五反射镜5与第六反射镜6反射后从透光孔123中射出，照射到探测器8中。实际使用中，真空波纹管的长度可根据红外光谱仪与待测样品7之间的距离进行调整。若红外光谱仪与待测样品7之间的距离固定不变，则连接部件13可采用固定长度的中空管道代替，整个外壳10亦可成一整体固化设置。 [0031]本实用新型可置于真空环境中，或者在工作时必须处于真空或者氮气吹扫环境下以避免红外光束被空气中水气和二氧化碳的吸收，影响红外光谱测试实验的精准度。
[0032]本实用新型的保护内容不局限于以上实施例。在不背离实用新型构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想的变化和优点部被包括在本实用新型中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
【权利要求】
1.一种光路装置，其特征在于，包括:第一反射镜(I); 第二反射镜(2)，其沿所述第一反射镜(I)的反射光路设置； 第三反射镜(3)，其沿所述第二反射镜(2)的反射光路设置； 第四反射镜(4)，其沿所述第三反射镜(3)的反射光路设置； 待测样品(7)，其沿所述第四反射镜(4)的反射光路设置； 第五反射镜(5)，其沿所述待测样品(7)的反射光路设置； 第六反射镜(6)，其沿所述第五反射镜(5)的反射光路设置； 探测器(8)，其沿所述第六反射镜(6)的反射光路设置； 所述第一反射镜(I)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)、第四反射镜(4)、第五反射镜(5)和第六反射镜(6)设置在外壳中(10)。
2.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述第一反射镜(I)、第二反射镜(2)、第四反射镜(4)、第五反射镜(5)与第六反射镜(6)为离轴抛物面反射镜，所述第三反射镜(3)为平面反射镜。
3.如权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述第一反射镜(I)与所述第二反射镜(2)的距离为所述第一反射镜(I)焦距的两倍。
4.如权利要求3所述的光路装置，其特征在于，进一步包括光阑(9)，所述光阑(9)设置在所述第一反射镜(I)与所述第二反射镜(2)之间，位于所述第一反射镜(I)的焦点处。
5.如权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述第四反射镜(4)与所述待测样品(7)的距离为所述第四反射镜(4)的一倍焦距。
6.如权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述第五反射镜(5)与所述待测样品(7)的距离为所述第五反射镜(5)的一倍焦距。
7.如权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述探测器(8)与所述第六反射镜(6)的距离为所述第六反射镜(6)的一倍焦距。
8.如权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述外壳(10)包括第一壳体(11)与第二壳体(12);所述第一壳体(11)与所述第二壳体(12)连通。
9.如权利要求8所述的光路装置，其特征在于，所述第一反射镜(I)与所述第二反射镜(2)设置在所述第一壳体(11)的内部；所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第五反射镜(5)与所述第六反射镜(6)设置在所述第二壳体(12)的内部。
10.如权利要求8所述的光路装置，其特征在于，所述外壳(10)进一步包括连接部件(13)，所述第一壳体(11)与所述第二壳体(12)通过连接部件(13)连通。
【文档编号】G01J3/02GK203414169SQ201320451856
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】胡志高, 陈啸, 褚君浩 申请人:华东师范大学