专利名称：一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学技术领域，涉及一种连续锁模装置，特别是一种用 于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置，主要用于连续锁模近场光 腔衰荡光谱分析技术中的连续锁模。
背景技术：
在环境分析、生命科学、医学医疗、国防安全、先进制造工业等许 多领域存在大量的物质痕量测量需求，并且对痕量物质检测灵敏度的要 求越来越高。腔衰荡光谱分析技术由于具有检测灵敏度高、绝对测量、 选择性好等优点，成为痕量物质测量技术发展趋势之一。腔衰荡光谱分 析技术多用来分析痕量气体浓度和组分，近些年来，研究者也将腔衰荡 光谱分析技术应用于流体物质分析。腔衰荡光谱分析技术中，由于可以 显著提高系统光能利用效率和系统测量精度，连续锁模装置被引入腔衰 荡光谱分析中，并且起着非常重要的作用。现有技术中，有一种用于腔
衰荡光谱分析的连续锁模装置(参见美国专利"Cavity-Locked Ring Down Spectroscopy",专利号US6， 084， 682)。该专利中的用于腔衰荡光谱分 析的连续锁模装置具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足1) 腔衰荡光谱分析系统中，采用三面反射镜构成的光学精细腔，系统结构 复杂，对于机械加工和定位的要求较高，导致系统测量工作是稳定性差； 2)腔衰荡光谱分析系统中，连续锁模过程是通过位移部件调节光学精细 腔的一面反射镜位置来实现的，连续锁模过程中改变了光学精细腔，提 高了系统锁模难度，并且降低了系统可靠性、稳定性和可操作性；3)只 能用来测试分析气体，不能对流体物质、薄膜、界面、纳米物质等形态 物质的痕量浓度测试，对流体进行测量时，需要被检测流体具有一定体 积数量，对具有少量的被测流体无法进行检测。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于光学近场腔
衰荡光谱分析的连续锁模装置，具有无需调解腔镜、系统简单、单个元 件构成光学精细腔、应用广泛等特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为
本发明包括外反射棱镜、入射反射镜、近场光学精细腔、出射反射 镜、偏振分光镜、光电探测器、分析控制单元和移动部件。
所述的外反射棱镜为等腰三角形外反射棱镜或等腰梯形外反射棱 镜，其中两个腰面为反射面，分别是入射反射面和出射反射面，入射反 射面与底面夹角为45。、出射反射面与底面夹角为135° 。
所述的近场光学精细腔设置在外反射棱镜上方，为等腰三角形棱镜 或等腰梯形棱镜，两个腰面分别为高反射率入射面和高反射率出射面， 底面为内全反射面，近场光学精细腔的底面与外反射棱镜的底面平行、 近场光学精细腔的横截面与外反射棱镜的横截面平行。
所述的入射反射镜和出射反射镜分别设置在近场光学精细腔的两 侧，同时也设置在外反射棱镜的两侧，其中入射反射镜与外反射棱镜的 入射反射面平行、出射反射镜与外反射棱镜的出射反射面平行。
外反射棱镜、入射反射镜、近场光学精细腔、出射反射镜和偏振分 光镜位置配合，均设置在光路上，具体是与外反射棱镜底面平行、且 与外反射棱镜横截面垂直的入射光束在外反射棱镜的入射反射面发生反 射后入射至入射反射镜，由入射反射镜反射后由高反辨率入射面入射至 近场光学精细腔，形成环形行波，再透过高反射率出射面射出，入射至 出射反射镜，由出射反射镜反射后入射至外反射棱镜的出射反射面，经 反射后入射至偏振分光镜；偏振分光镜对于s偏振态光反射、对P偏振 态光透射，其中光电探测器设置在s偏振态光的反射光路上。
外反射棱镜的底面与移动部件固定连接，移动部件和光电探测器均
与分析控制单元电连接。
所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。 所述的移动部件为步进电机、压电陶瓷位移器、纳米位移元件中的一种。
本发明中通过分析控制单元控制移动部件进行锁模，这是成熟技术。 本发明的发明点在于提供一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模
装置的光路结构。
与现有技术相比，本发明的优点
1) 光学精细腔构成简单，只由一个光学元件构成环形光学精细腔， 内部形成光束行波，光强分布均匀，测试系统的结构简单稳定，对光学 精细腔机械定位要求低；
2) 连续锁模过程是通过位移部件调节系统中的等腰梯形反射镜，从 而改变激光束在光学精细腔的行程，实现锁模，无需改变光学精细腔， 系统可靠性和稳定性高，可操作性强；
3) 将腔衰荡光谱分析测量对象拓展到薄膜、界面、纳米物质、流体，
扩大了系统的应用范围，测量时所需被测物质量少。
图l为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示， 一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置包
括外反射棱镜1、入射反射镜2、近场光学精细腔3、出射反射镜4、偏 振分光镜5、光电探测器6、分析控制单元7、移动部件8。图中实线为 光路、虚线为电子连接。
外反射棱镜1为等腰外反射三角形棱镜或等腰梯形外反射棱镜，腔 衰荡光谱分析中的入射光束与等腰外反射棱镜1的底边平面103平行， 光束前进方向上依次设置有外反射棱镜l、入射反射镜2、近场光学精细 腔3、出射反射镜4、偏振分光镜5、光电探测器6。外反射棱镜1的两 个腰面为反射面，分别为入射反射面101和出射反射面102，入射反射面 101与入射反射镜2平行，出射反射面102与出射反射镜4平行。光束经 过外反射棱镜1的入射反射面101和入射反射镜2反射后形成的光束上 设置有近场光学精细腔3，近场光学精细腔3为等腰三角形棱镜或等腰梯 形棱镜，两个腰面为高反射率入射面301和高反射率出射面302、底面 303为内全反射面，近场光学精细腔的底面303与外反射棱镜1的底面 103平行，光束经过高反射率入射面301射入近场光学精细腔3形成环形 行波，再透过高反射率出射面302出射。高反射率出射面302出射光束
上设置有出射反射镜4，光束经过出射反射镜4和外反射棱镜1的出射反 射面102两次反射光路上设置有偏振分光镜5，偏振分光镜5对于s偏振 态光反射，对P偏振态光透射，光电探测器6设置在s偏振态光的反射 光路上。移动部件8与外反射棱镜1的底边平面103固定连接，移动部 件8和光电探测器6均与分析控制单元7电连接。
分析控制单元7为计算机系统，探测器6为雪崩管，移动部件8为 压电陶瓷位移器，外反射棱镜1为等腰梯形外反射棱镜，近场光学精细 腔3为等腰三角形棱镜，偏振分光镜5对于s偏振态光反射，对p偏振 态光透射。
本发明装置的工作过程为腔衰荡光谱分析中的入射光束含有s偏振 态光和p偏振态光，p偏振态光用于测量，s偏振态光用于锁模。入射光 束经过外反射棱镜1的入射反射面101和入射反射镜2反射后，射向近 场光学精细腔3的高反射率入射面301 ，在近场光学精细腔3中形成行波， 并且在近场内反射底面303发生内全反射，形成近场光测量区域，被检 测物质置于近场内反射底面303近场光测量区域进行测量。用于系统锁 模的s偏振态在经过近场光学精细腔3的高反射率出射面302出射后， 被出射反射镜4和外反射棱镜1的出射反射面102两次反射后射向偏振 分光镜5，偏振分光镜5对于s偏振态光反射，对p偏振态光透射，光电 探测器6设置在s偏振态光的反射光路上，将s偏振态光光信号转化成 为电信号，传给分析控制单元7，移动部件8与外反射棱镜1的底边平面 103相连接，分析控制单元7对光电探测器6所的信息处理后对移动部件 8进行控制，移动外反射棱镜1沿着垂直于底边平面103的方向移动，这 引起光束在近场光学精细腔3中的光程变化，从而实现系统锁模。
本发明具有光学精细腔构成简单、无需改变光学精细腔、系统可靠 性和稳定性高、可操作性强、测量时所需被测物质量少等优点，成功实 现了光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模要求。
权利要求
1、一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置，包括外反射棱镜、入射反射镜、近场光学精细腔、出射反射镜、偏振分光镜、光电探测器、分析控制单元和移动部件，其特征在于所述的外反射棱镜为等腰三角形外反射棱镜或等腰梯形外反射棱镜，其中两个腰面为反射面，分别是入射反射面和出射反射面，入射反射面与底面夹角为45°、出射反射面与底面夹角为135°；所述的近场光学精细腔设置在外反射棱镜上方，为等腰三角形棱镜或等腰梯形棱镜，两个腰面分别为高反射率入射面和高反射率出射面，底面为内全反射面，近场光学精细腔的底面与外反射棱镜的底面平行、近场光学精细腔的横截面与外反射棱镜的横截面平行；所述的入射反射镜和出射反射镜分别设置在近场光学精细腔的两侧，同时也设置在外反射棱镜的两侧，其中入射反射镜与外反射棱镜的入射反射面平行、出射反射镜与外反射棱镜的出射反射面平行；外反射棱镜、入射反射镜、近场光学精细腔、出射反射镜和偏振分光镜位置配合，均设置在光路上，具体是与外反射棱镜底面平行、且与外反射棱镜横截面垂直的入射光束在外反射棱镜的入射反射面发生反射后入射至入射反射镜，由入射反射镜反射后由高反射率入射面入射至近场光学精细腔，形成环形行波，再透过高反射率出射面射出，入射至出射反射镜，由出射反射镜反射后入射至外反射棱镜的出射反射面，经反射后入射至偏振分光镜；偏振分光镜对于s偏振态光反射、对p偏振态光透射，其中光电探测器设置在s偏振态光的反射光路上；外反射棱镜的底面与移动部件固定连接，移动部件和光电探测器均与分析控制单元电连接。
2、 如权利要求1所述的一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁 模装置，其特征在于所述的光电探测器为光电二极管、雪崩管、光电倍增管中的一种。
3、 如权利要求1所述的一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置，其特征在于所述的移动部件为步进电机、压电陶瓷位移器、 纳米位移元件中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种用于光学近场腔衰荡光谱分析的连续锁模装置。现有技术采用调节腔镜技术，结构复杂，可靠性和稳定性低，不能对流体、薄膜、界面等进行测试。本发明采用等腰外反射棱镜和与之两斜边平面相平行的两个反射镜构成可调节反射光路，位移部件与等腰外反射棱镜底面连接，利用单一元件构成近场光学精细腔并置于两个反射镜之间光路上，通过位移部件调节等腰外反射棱镜在垂直底面方向上的位置，可以调节光束在近场光学精细腔内的光程，利用光电探测器探测系统出射的s偏振光对位移部件进行反馈完成系统锁模过程。本发明具有光学精细腔构成简单、无需改变光学精细腔、可靠性和稳定性高、可操作性强、测量对象广泛等优点。
文档编号G01N21/00GK101358922SQ20081016850
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月23日 优先权日2008年9月23日
发明者高秀敏 申请人:杭州电子科技大学