激光束阻挡元件及包括该元件的光谱系统技术方案

基于激光的光谱系统和方法，包括发射辐射光束的激光源、具有至少两个腔镜的光学谐振腔、以及沿光束路径放置在腔外并具有前表面的至少一个光束过滤元件，其中前表面定向为使得光束与该表面相交的角度，例如是布鲁斯特角或赝布鲁斯特角，其减小或消除由过滤元件导致的光束的主偏振组分的反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光束阻挡元件及包括该元件的光谱系统
技术介绍
本专利技术涉及光谱测量系统和设备，更具体地涉及具有光反射和散射减弱特性的测量光谱含量的装置。这种光谱含量测量可用于定性和定量地示踪气体检测。在光谱测量系统，例如光学光谱测量系统中，各个频率的离散光可能导致不理想的结果并且可能降低测量的精度。这些离散光，时常为被反射或被散射的激发光，或被反射或被散射的发射光的形式，对于光学光谱测量是有害的。因此，期望提供减少或消除光谱测量系统中的离散光的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术涉及光谱测量系统、方法和设备，更具体地涉及具有光反射和散射减弱特性的测量光谱含量的系统和方法。实施例有助于实现减少出现在系统中被反射和被散射的入射光的量，并由此改进光谱含量测量，例如基于激光光谱的气体吸收测量。在某些实施例中，装置包括激光源、或其他发出定向照明(例如辐射光束)的源、以及吸收发射光束的最低反射和散射辐射量的一个或多个元件。在一实施例中，该装置包括至少一个过滤元件，例如光吸收元件、或非吸收元件，该过滤元件相对于入射光成角度地放置。例如，过滤元件的一个表面布置为入射光束与该表面相交的角度能够减少该表面反射的光束。附加过滤元件可以按照以下配置顺次排布，其中来自一个元件的反射光以上述角度入射下一个元件。选择该角度以减小或最小化反射光束的强度。该角度的一个示例为布鲁斯特角。根据一实施例，提供了一种基于激光的光谱系统，通常包括发射辐射光束的激光源、具有至少两个腔镜的光学谐振腔、以及沿光束路径放置在腔外并具有前表面的至少一个光束过滤元件，其中前表面定向为使得光束与该表面相交的角度能够减小或消除由过滤元件导致的光束的主偏振组分的反射。腔外的光束路径可包括光学元件例如腔镜的反射光，并且可包括从腔镜逸出的光。在某些方面，激光源是二极管激光源。在某些方面，至少一个光束过滤元件包括吸收性玻璃材料，并且该角度为赝布鲁斯特角。在某些方面，该角度为布鲁斯特角。在某些方面，放置至少一个光束过滤元件，以接收从其中一个所述腔镜反射的光。在某些方面，放置至少一个光束过滤元件，以接收从其中一个所述腔镜射出的光。在某些方面，至少一个光束过滤元件包括中性密度滤光片。在某些方面，系统包括至少两个光束过滤元件，各自沿光束路径放置并具有前表面，其中每个所述前表面定向为使得光束与所述前表面相交的角度能够减小由所述表面导致的光束的主偏振组分的反射。在某些方面，系统包括第二光束过滤元件，其布置为与由至少一个光束过滤元件反射的光相互作用。根据另一实施例，提供了一种检测存在于气态或液态介质中的一个或多个被分析物种类的装置。该装置通常包括具有至少两块腔镜的光学谐振腔，其中一块腔镜为腔耦合镜；发出激光束的激光器；设置为通过腔耦合镜将激光束耦合至该腔的模态匹配光学器件；以及检测器，设置为测量通过该腔的光的腔内光学功率强度，并生成表示通过该腔的光的腔内光学功率的信号。该装置通常还包括放置在光学谐振腔外的第一光束阻挡元件，并布置为使得光束与第一光束阻挡元件前表面相交的角度能够减小或消除由第一光束阻挡元件导致的光束的主偏振组分的反射。腔外的光束路径可包括光学元件例如腔镜的反射光，并且可包括从腔镜逸出的光。在某些方面，激光器是二极管激光器。在某些方面，第一光束阻挡元件包括吸收性玻璃材料，并且该角度为赝布鲁斯特角。在某些方面，该角度为布鲁斯特角。在某些方面，放置第一光束过滤元件，以接收从其中一个所述至少两个腔镜反射的光。在某些方面，放置第一光束过滤元件，以接收从其中一个所述至少两个腔镜射出的光。在某些方面，第一光束阻挡元件包括中性密度滤光片。在某些方面，装置进一步包括第二光束阻挡元件，其布置为与由第一光束阻挡元件反射的光相互作用。根据另一实施例，提供了一种光学光谱装置，通常包括发射辐射光束的光源、以及沿光束路径放置在腔外并具有表面的至少一个光束过滤元件，其中表面定向为使得光束与该表面相交的角度能够减小或消除由至少一个光束过滤元件导致的光束的主偏振组分的反射。在某些方面，至少一个光束过滤元件包括吸收性玻璃材料，并且该角度为赝布鲁斯特角。在某些方面，光源是激光源。参照说明书的余下部分，包括附图和权利要求书，将会理解本专利技术的其他特征和优点。本专利技术的其他特征和优点，以及本专利技术各个实施例的结构和操作，将在下文参照所附附图进行详细描述。在附图中，相同序号指示相同或功能性相似的元件。附图说明图1示出了实施例的中性密度滤光片作为光束阻挡或过滤元件的示例。图2示出了另一实施例的具有两个光束阻挡元件的结构。图3示出了实施例的示范性腔增强光学光谱(CEOS)系统，其包括线性的、V形光学腔结构。图4示出了实施例的示范性腔增强光学光谱(CEOS)系统，其包括V形的环光学谐振腔结构。图5示出了实施例的示范性离轴积分腔输出光谱(Off-AxisICOS)腔结构。图6显示了这些实施例的两个过滤元件阻挡偏振和非偏振入射光的性能。具体实施方式本专利技术一般涉及示踪气体检测，更具体地涉及具有光反射和散射减弱特性的检测示踪气体的系统和方法。图1示出了实施例的光束阻挡或过滤元件1的示例。术语“光束阻挡元件”、“光束过滤元件”、“过滤元件”等等可在本文中交叉使用。在某些实施例中，光束阻挡元件包括中性密度滤光片。如图所示，P-偏振激光束7(P偏振表现为与图1的纸面平行，而S偏振表现为与图1的纸面垂直或从纸面穿出)以角度入射在过滤元件1的前表面2上，在此角度下反射光束8强度最低。对于非吸收性材料，所需角度为布鲁斯特角，以此作为入射角的特定偏振光完美穿过透明的介电材料表面，不发生反射。然而，对于吸收性材料，可使用赝布鲁斯特角。赝布鲁斯特角定义为P偏振光束的反射最小，即光束穿透材料达到最大的角度。当介质具有光损耗，折射率n变得复杂：n＝n’+ik，其中k＝αλ/(4π)，α为吸收系数，λ为波长。Schott公司生产的离子有色玻璃KG5[http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott-shortpass-kg5-dec-2014-en.pdf]是用于制造NIR吸收ND滤光片的吸收介质示例(例如Thorlabs公司的P/NNENIR560B)。KG5玻璃在NIR光谱范围的k值大约为0.001。McGRAW-HILL公司的光学手册第二版[http://photonics.intec.ugent.be/education/IVPV/res_handbook/v1ch05.pdf]第5章的图2显示了介质的反射如何取决于折射率的实部和虚部。也可使用减少反射的其他角度。如果部分偏振光或非偏振光照射在前表面2上，可成角度地放置吸收性元件，以将总反射或P偏振组分的反射降至最低。在后一种情况下，反射光8将具有主偏振(S偏振)组分。另一(第二)吸收性元件可用于完全或部分地吸收由第一元件反射的反射光8，例如将入射到第二元件上的反射光8中的S偏振组分的反射降至最低。可对吸收性元件的前表面2进行光学抛光，以将散射光最小化。还可对吸收性元件的第二表面3进行光学抛光和/或在其上可包括反射涂层(例如金涂层或介电涂层)。反射涂层可进一步完全阻挡光透过，并将一些通过吸收性元件的光反射回来，如图1所示的光束9。图2显示了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光的光谱系统，所述系统包括：发射辐射光束的激光源；具有至少两块腔镜的光学谐振腔；以及沿光束路径放置在腔外并具有前表面的至少一个光束过滤元件，其中所述前表面定向为使得光束与所述表面相交的角度减小或消除由过滤元件导致的光束的主偏振组分的反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.30 US 62/057,4991.一种基于激光的光谱系统，所述系统包括：发射辐射光束的激光源；具有至少两块腔镜的光学谐振腔；以及沿光束路径放置在腔外并具有前表面的至少一个光束过滤元件，其中所述前表面定向为使得光束与所述表面相交的角度减小或消除由过滤元件导致的光束的主偏振组分的反射。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光源是二极管激光源。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束过滤元件包括吸收性玻璃材料。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述角度是赝布鲁斯特角。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角度是布鲁斯特角。6.如权利要求1所述的系统，其包括至少两个光束过滤元件，各自沿光束路径放置并具有前表面，其中每个所述前表面定向为使得光束与所述前表面相交的角度减小由所述表面导致的光束的主偏振组分的反射。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，放置至少一个光束过滤元件，以接收从所述腔镜的其中一个反射的光。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，放置至少一个光束过滤元件，以接收从所述腔镜的其中一个射出的光。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个光束过滤元件包括中性密度滤光片。10.如权利要求1所述的系统，其进一步包括第二光束过滤元件，其布置为与由至少一个光束过滤元件反射的光相互作用。11.一种检测存在于气态或液态介质中的一个或多个被分析物种类的装置，所述装置包括：具有至少两块腔镜的光学谐振腔，其中一块腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·克林克福，
申请(专利权)人：利康股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US