一种锥透镜环式激光辐照装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种锥透镜环式激光辐照装置，其包括共轴平行放置的第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜，所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜的折射率相同，所述第一平凸锥透镜的锥面和所述第二平凸锥透镜的锥面方向相同，所述第一平凸锥透镜的底角小于所述第二平凸锥透镜的底角，所述第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜的底角均小于5°。与现有技术比较，本实用新型专利技术的有益效果在于：本实用新型专利技术提供的一种锥透镜环式激光辐照装置解决了现有技术中需要通过反复移入、移出锥透镜以实现0偏移量的弊端，避免了由于重复定位引起的辐照不均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及物质内部成分探测设备领域，具体涉及一种锥透镜环式激光辐照装置。
技术介绍
空间偏移拉曼光谱技术(SORS)是近年来出现的一种新型光谱测量技术，与传统拉曼光谱技术相比，其光谱收集系统中收集透镜的焦点与入射激光的焦点在空间上有一定距离的偏移。由于激光入射到被测样品上(漫散射介质)，样品内部的激光强度会随入射深度增加而指数型衰减，所产生的一部分散射光将到达样品深层成分，经多次散射后再返回样品表面。因此，在样品表面上，散射光返回的位置与激发光入射点处产生了不同程度的偏移。如果在某偏移位置处对散射光进行收集，即可得到携带被测物质内部成份结构信息的拉曼光。SORS技术中，拉曼信号激发-收集结构的特殊性，使其具有很好的抑制表层成份拉曼和荧光光谱的能力，特别适用于对非透明材料下亚层成分拉曼光谱的提取，进而实现物质成份的快速、无损鉴定。目前已用于粉末、胶体、聚合体及药品检测、文化遗产鉴定、疾病诊断、违禁品安检等方面的研究及应用中，应用前景极为广阔。实际应用中，SORS技术需解决的关键问题是提高探测灵敏度，即增大探测深度和提高测量信号的信噪比，而所采用的激光辐照方式决定了其施加到待测样品上激光功率的大小，进而影响到激光与样品的作用深度、激发出拉曼信号的强度及其信噪比。美国的M.V.Schulmerich采用锥透镜和透镜组合式辐照结构，克服了SORS技术研究初期采用的点式辐照结构中激光能量不足的弊端，增强了施加到待测样品上的激光功率，使收集到的拉曼信号增强；英国卢瑟福·阿普林顿实验室的辐照结构更为简化，其光学元件仅为一片锥透镜。上述二者均实现了二维空间上偏移量从0开始的连续可调，但仍存在一定不足：非0空间偏移量的改变通过锥透镜在光路方向上的移动来实现，而对0偏移量的光谱进行测量时，需将光学元件从光路中移出。这样反复移入和移出，容易引起平移台重复定位的差异，增加了系统的不稳定性。鉴于上述缺陷，本技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本技术采用的技术方案在于，提供一种锥透镜环式激光辐照装置，当其应用到空间偏移拉曼光谱测量系统时，不需要将锥透镜移出光路中就能够实现0偏移量的光谱测量。提供一种锥透镜环式激光辐照装置，当激光光束照射在其上时，其能够产生环形辐照光源，其包括共轴平行放置的第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜，所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜的折射率相同，所述第一平凸锥透镜的锥面和所述第二平凸锥透镜的锥面方向相同，所述第一平凸锥透镜的底角小于所述第二平凸锥透镜的底角，所述第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜的底角均小于5°。较佳的，当所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜之间的距离为d1时，所述锥透镜环式激光辐照装置的产生的0偏移量辐照点距离所述第二平凸锥透镜的距离d2满足公式：其中，n为第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜的折射率，θ1为第一平凸锥透镜的底角，θ2为第二平凸锥透镜的底角，r0为经过扩束后的激光光束半径，b为第二平凸锥透镜的底宽，a为第二平凸锥透镜的半径，0°＜θ1＜θ2＜5°。较佳的，当所述第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜之间的距离d1固定不变时，改变0偏移量辐照点与第二平凸锥透镜的距离d2，即可得到连续变化的环形辐照光源，该环形辐照光源的内径r2满足公式：r2＝(d2-d)·cot(n-1)(θ2-θ1)其中，d为环形辐照光源与第二平凸锥透镜之间的距离。与现有技术比较本技术的有益效果在于：本技术提供的一种锥透镜环式激光辐照装置解决了现有技术中需要通过反复移入、移出锥透镜以实现0偏移量的弊端，避免了由于重复定位引起的辐照不均匀性。附图说明为了更清楚地说明本技术各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本技术提供的一种锥透镜环式激光辐照装置的结构示意图；图2为经过扩束后的激光光束照射在该锥透镜环式激光辐照装置后的光路原理图；图3为一种空间偏移拉曼光谱探测系统的原理图。具体实施方式以下结合附图，对本技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。如图1所示，图1为本技术提供的一种锥透镜环式激光辐照装置的结构示意图，该锥透镜环式激光辐照装置包括：共轴平行放置的第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2，该第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2的折射率相同，第一平凸锥透镜1的锥面和第二平凸锥透镜2的锥面方向相同，第一平凸锥透镜1的底角小于第二平凸锥透镜2的底角，第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2的底角均小于5°。当经过扩束后的激光沿上述两个平凸锥透镜的光轴方向入射到第一平凸锥透镜1的平面后，该新型锥透镜环式激光辐照装置就能够产生环形辐照光源。当第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2之间的距离为d1时，该新型锥透镜环式激光辐照装置产生的0偏移量辐照点距离第二平凸锥透镜2的距离d2满足公式(1)：其中，n为第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2的折射率，θ1为第一平凸锥透镜1的底角，θ2为第二平凸锥透镜2的底角，r0为经过扩束后的激光光束半径，b为第二平凸锥透镜2的底宽，a为第二平凸锥透镜2的半径，0°＜θ1＜θ2＜5°。当第一平凸锥透镜1和第二平凸锥透镜2之间的距离d1固定不变时，改变0偏移量辐照点与第二平凸锥透镜2的距离d2，即可得到连续变化的环形辐照光源，该环形辐照光源的内径r2满足公式(2)：r2＝(d2-d)·cot(n-1)(θ2-θ1)(2)其中，d为环形辐照光源与第二平凸锥透镜2之间的距离。下面介绍如何获取上述公式的过程，如图2所示，为经过扩束后的激光光束照射在该锥透镜环式激光辐照装置后的光路原理图，设光束入射到第一平凸锥透镜1的入射角为α，入射光线与折射光线夹角为β，折射角为γ，由折射定律可得：α＝θ1，γ＝α+β(3)n·sinα＝1·sinγ＝1·sin(α+β)(4)由于第一平凸锥透镜1的底角θ1小于5°，(4)式可等价为：n·α＝α+β(5)即：β＝(n-1)α＝(n-1)θ1(6)图2中令第一平凸锥透镜1的顶点与光束在光轴OO′上交点间距离AB＝d0，两锥透镜之间距离AQ＝d1，光束在第二平凸锥透镜2上形成的圆环内径为r1，可以得到：r1＝(d1-d0)·tanβ＝(d1-d0)·tan[(n-1)α]＝d1·tan[(n-1)θ1]-r0(8)设第二平凸锥透镜2中一次折射的入射角为β，折射角为β1，二次折射的入射角为β2，折射角为γ2，由折射定律可得：1·sinβ＝n·sinβ1(9)n·sinβ2＝1·sinγ2(10)由于第二平凸锥透镜2的底角θ2小于5°，公式(9)和(10)可分别等价为：β＝nβ1，nβ2＝γ2(11)由几何关系可知：β1+β2＝θ2(12)由公式(11)和(12)可得到：γ2＝nβ2＝n(θ2-β1)＝nθ2-β(13)当γ2＝θ2时，折射光线与光轴平行，此时满足：γ2＝nθ2-β＝θ2(14)可以得出：β＝(n-1)θ2(15)即：θ2＝α＝θ1(16)由此可得，当两锥透镜底角满足0°＜θ1＜θ2＜5°的关系时，出射光线可相交于光轴上一点，在该点处即可实现0偏移量辐照。设第二平凸锥透镜2中顶点为D，半径为a，底宽为b，出射光束与光轴交点为E，与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锥透镜环式激光辐照装置，当激光光束照射在其上时，其能够产生环形辐照光源，其特征在于，其包括共轴平行放置的第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜，所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜的折射率相同，所述第一平凸锥透镜的锥面和所述第二平凸锥透镜的锥面方向相同，所述第一平凸锥透镜的底角小于所述第二平凸锥透镜的底角，所述第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜的底角均小于5°。

【技术特征摘要】
1.一种锥透镜环式激光辐照装置，当激光光束照射在其上时，其能够产生环形辐照光源，其特征在于，其包括共轴平行放置的第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜，所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜的折射率相同，所述第一平凸锥透镜的锥面和所述第二平凸锥透镜的锥面方向相同，所述第一平凸锥透镜的底角小于所述第二平凸锥透镜的底角，所述第一平凸锥透镜和第二平凸锥透镜的底角均小于5°。2.根据权利要求1所述的一种锥透镜环式激光辐照装置，其特征在于，当所述第一平凸锥透镜和所述第二平凸锥透镜之间的距离为d1时，所述锥透镜环式激光辐照装置的产生的0偏移量辐照点距离所述第二平凸锥透镜的距离d2满足公式：d2=[d1·(n-1)θ1-r0+b·cotθ2+a-d1·(n-1)θ1+r0(1-1n)&the...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋实，张晓华，张骥，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11