用于光谱设备的适应性单元设计制造技术

一种可调光学单元组件，包括限定出腔的中空体和固定地附加在腔中的多个光学元件。第一致动器被配置为向中空体的外表面施加足以使中空体的至少一部分弹性变形的力，使得多个光学元件中的第一和第二光学元件之间的距离和相对定向中的一个以响应式改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光谱设备的适应性单元设计相关申请本申请要求于2011年3月25日以KevinK.Lehmann的名义提交的题为“CELLDESIGNFORCAVITYRING-DOWNANDOTHERFORMSOFCAVITYENHANCEDSPECTROSCOPYANDRELATEDMETHODTHEREOF”、申请号为61/467,467的临时申请的优先权，其转让给本申请的同一受让人。本申请还要求于2011年12月12日以KevinK.Lehmann的名义提交的题为“CELLDESIGNFORCAVITYRING-DOWNANDOTHERFORMSOFCAVITYENHANCEDSPECTOSCOPYANDRELATEDMETHODTHEREOF”、申请号为61/569,527的临时申请的优先权，其转让给本申请的同一受让人。这些申请中的每个都结合于此作为参考。
本申请总体上涉及光谱领域，并且更特别地，涉及用于光谱设备的适应性单元设计的系统和方法。
技术介绍
光学吸收是用以确定样本的组成的方法，包括其化学成分及其各自的浓度。这在一系列情况下得到了应用，包括化学处理控制、制造过程中杂质的监测和控制、监测符合排放法规、监测自然和拟物种的扩散和化学归趋、助燃诊断、医疗诊断以及生物医学研究。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种可调光学单元组件。该组件包括限定腔的中空体以及刚性地固定于腔中的多个光学元件。第一致动器被配置为向中空体的外表面施加足以使中空体的至少一部分弹性变形的力，使得多个光学元件中的第一光学元件和第二光学元件之间的距离和相对定向中的一个以响应的方式被改变。根据本专利技术的另一方面，组件包括光学单元设备。该光学单元设备包括中空管状体，其包括光学单元设备的壁。管状体具有纵向隔开的第一体端部和第二体端部，并且围绕光学单元的纵轴限定出穿过其中的构件管腔。第一端部构件基本上是刚性的，并且附接到第一体端部，以限定第一光学单元端部。第一光学元件位于构件管腔中，并且固定地附接到第一端部构件。第二端部构件基本上是刚性地，并且附接到第二体端部以限定出第二光学单元端部。第二光学元件位于光学单元中，并且固定地附接到第二端部构件。第一致动器安装在构件管腔外部，并且被配置为在基本上平行于纵轴的方向上向光学单元设备的外表面施加足以使光学单元设备的至少一部分弹性变形的力，使得第一光学元件和第二光学元件之间的纵向距离以响应的方式被改变。根据本专利技术的另一方面，提供了一种检测分析物浓度的方法。用产生具有基本固定波长的光的激光器激发光腔，光腔包括刚性体和附加到刚性体的第一和第二光学元件。刚性体至少在第一位置被弹性变形，以使激光和腔共振。检测从腔发出的光。评估所检测光，以确定分析物浓度。附图说明通过参照附图阅读以下的说明书，对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，本专利技术的上述和其他特征将变得显而易见，在附图中：图1是根据本专利技术一个方面的沿着用于提供可调长度的光学单元设备的组件的纵轴的横截面图；图2示出了根据本专利技术一个方面的沿可调单元组件的一个实施方式的纵轴的横截面图；图3提供了沿图2的组件的横轴的横截面图；图4提供了根据本专利技术一个方面的沿可调单元组件的另一实施方式的横轴的横截面图；图5示出了根据本专利技术一个方面的沿可调单元组件的另一实施方式的纵轴的横截面图；图6示出了根据本专利技术一个方面的可调单元组件的另一实施方式；图7示出了根据本专利技术一个方面的使用可调长度的单元的一个实例的光腔衰荡光谱（CDRS）系统；以及图8示出了根据本专利技术一个方面的用于确定分析物浓度的方法。具体实施方式腔增强光谱涵盖了使用低损耗光腔以允许对主要是气态样品的弱吸收的样品进行检测的若干相关光谱技术。为了在受到加速或震动的环境中在一个或多个便携式仪器中使用这些技术，提供了一种保持构成光腔的反射镜或棱镜的刚性对准的单元设计。为了从窄带宽激光器向这种腔中注入大量的光量，有必要使激光和腔共振。设置了允许调节刚性单元的长度以实现共振的可调单元，而不是调制激发激光的波长，其会在波长检测中引入不确定性并且降低了测量的精确度。这可以适用于由两个或多个高反射率反射镜或棱镜构成的光腔。该单元是单片的并且保持腔内的任意光学元件的刚性对准。使用一个或多个高分辨率和高力换能器来扫描由单元本体的弹性变形引起的单元长度。扫描的腔长度超过用于激发腔的光波长的二分之一，这确保了腔的至少一个TEM00模式将通过与激光的共振。该单元的一个优点是其在锁频激光Cw-CRDS技术中的使用，相比于可选的沿腔的自由光谱范围（FSR）来扫描激光的频率，这增加了测量的频率精度。然而，可以理解，该单元可以用于其中期望高度刚性但是稳定的光学校准器的任何应用。图1是根据本专利技术一个方面的沿用于提供长度可调光学单元设备20的组件10的纵轴的横截面图。光学单元设备20包括形成光学单元设备的壁的中空管状体22。管状体22具有纵向隔开的第一和第二体端部24和26，并且围绕光学单元的纵轴而限定出穿过其中的构件管腔（memberlumen）28。在一个实施方式中，管状体22可以是由刚性金属形成的固态圆柱形管，该刚性金属具有足以承受相关光源（未示出）的几个波长级的扩张的弹性极限。例如，管状体22可以由不锈钢或殷钢形成。第一和第二端部构件30和32分别附接到第一和第二体端部24和26，以限定相应的第一光学单元端部和第二光学单元端部。第一端部构件30和第二端部构件32足够硬，并且与管状体22组合形成光学单元组件的基本密闭腔。可以理解，第一端部构件30和第二端部构件32中的每个都可以与管状体22集成，或者是经由适当方法附接的分离物品以形成耐用的、基本密闭的密封。在一个实施方式中，第一端部构件30可以包括诸如Conflat法兰的真空法兰。第一光学元件34和第二光学元件36位于构件管腔中，并且分别固定地附接到第一端部构件30和第二端部构件32。光学元件34和36可以包括一个或多个反射镜、分束器、棱镜、透镜或用于改变光束的方向、偏振、和相干性的任何其他部件。在一个实施方式中，光学元件34和36中的每个都是反射镜，其具有由在与光源相关的频率有高反射率的材料形成的至少一个表面或涂敷有该材料的至少一个表面。在一个实施方式中，该反射镜可以是凹的并且被定位在附近的共焦布置中。为了使光学元件34和36即使在受到加速或震动时也能保持其对准，他们可以抵靠着其各自的端部构件30和32的表面被压缩。根据本专利技术的一个方面，已经确定，虽然光学单元设备有刚性，但是光学单元设备20有足够的弹性，其可以将光学单元设备22拉伸足够的量，以将光学元件34和36之间的距离改变用于检测的光波长的至少一半的距离，允许单元与固定于感兴趣的分析物的吸收线峰值上的激光进行共振。为此，第一致动器40可以安装在构件管腔的外部，并且被配置为向光学单元设备20的外表面上的位置施加足以使光学单元设备的至少一部分弹性变形的力，使得第一光学元件34和第二光学元件36之间的纵向距离作出响应而改变。在一个实例中，第一致动器40可以实施为压电换能器。致动器40可以定位为施加拉伸管状体22的力，增大光学元件34和36之间的距离。从所施加的力F、构成管状体22的材料的杨氏模量E、以及管状体的横截面面积A，计算光学元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组件，包括：光学单元设备，包括：中空管状体，包括所述光学单元设备的壁，所述管状体具有纵向隔开的第一体端部和第二体端部并且围绕所述光学单元的纵轴而限定出穿过所述管状体的构件管腔，第一端部构件，实质上为刚性的并且附接到所述第一体端部以限定第一光学单元端部；第一光学元件，位于所述构件管腔中并且固定地附接到所述第一端部构件；第二端部构件，实质上为刚性的并且附接到所述第二体端部以限定第二光学单元端部；以及第二光学元件，位于所述光学单元中并且固定地附接到所述第二端部构件；以及第一致动器，安装在所述构件管腔的外部，并且被配置为在与所述纵轴基本上平行的方向，向所述光学单元设备的外表面施加足以使所述光学单元设备的至少一部分弹性变形的力，使得所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的纵向距离以响应方式而改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.25 US 61/467,467;2011.12.12 US 61/569,5271.一种可调光学单元组件，包括：光学单元设备，包括：中空管状体，包括所述光学单元设备的壁，所述中空管状体具有纵向隔开的第一体端部和第二体端部并且围绕所述光学单元设备的纵轴而限定出穿过所述中空管状体的构件管腔，第一端部构件，为刚性的并且附接到所述第一体端部以限定第一光学单元端部；第一光学元件，位于所述构件管腔中并且固定地附接到所述第一端部构件；第二端部构件，为刚性的并且附接到所述第二体端部以限定第二光学单元端部；以及第二光学元件，位于所述构件管腔中并且固定地附接到所述第二端部构件；以及第一致动器，安装在所述构件管腔的外部，并且被配置为在与所述纵轴平行的方向，向所述光学单元设备的外表面施加足以使所述光学单元设备的所述中空管状体弹性变形的力，使得所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的纵向距离以响应方式而改变。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一致动器被配置为在第一位置向所述光学单元设备施加力，所述组件进一步包括第二致动器，安装在所述构件管腔的外部并且被配置为在与所述第一位置不同的第二位置向所述光学单元设备施加力，使得能够选择性地改变所述第一光学元件和所述第二光学元件的相对定向。3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述构件管腔是圆柱，并且所述组件包括包含所述第一致动器和所述第二致动器的多个致动器，所述多个致动器中的每个安装到所述构件管腔的外部，并且被配置为在相关位置向所述光学单元设备施加力，所述多个致动器的所述相关位置关于在由所述构件管腔限定的所述圆柱的轴总共具有n倍的旋转对称性，其中，n是大于1的整数。4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一端部构件和所述第二端部构件中的每个在垂直于所述纵轴截取的所述构件管腔的横截面之外横向延伸，所述第一致动器固定地附接到横向地定位于所述构件管腔外部的所述第一端部构件的一部分，并且被配置为向所述第二端部构件施加力，以增大所述第一光学元件和所述第二光学元件之间的纵向距离。5.根据权利要求3所述的组件，进一步包括刚性杆，所述刚性杆附接到所述第一致动器并且在所述第一致动器和所述第二端部构件之间纵向延伸，以在所述第一致动器和所述第二端部构件之间传递力。6.根据权利要求1所述的组件，所述光学单元设备进一步包括中间件，所述中间件在所述第一端部构件和所述第二端部构件之间的点被刚性地附接到所述中空管状体的外表面。7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述第一致动器附接到在所述第一端部构件和所述中间件中所选择的一个，并且被配置为在所述第一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·K·莱曼，
申请(专利权)人：弗吉尼亚大学专利基金委员会，
类型：
国别省市：