一种多通吸收池

1.本发明涉及气体浓度传感技术领域，特别涉及一种多通吸收池。


背景技术：

2.气体浓度检测在大气污染的监测以及工业过程检测发挥重要作用。气体检测方面，可调谐激光吸收光谱法较化学方法具有灵敏度高、检测限低、非接触测量、实时性好等优点。
3.利用可调谐激光吸收光谱法检测气体浓度时，根据朗伯-比尔定律，可以通过增加光程长来提高检测下限。目前应用较为广泛的气体吸收池多为怀特池和赫里奥特池，这两种吸收池对光学镜面的利用率低，无法在小体积的前提下获得长光程。最近一些利用大曲率镜面设计的多通池，虽然可以实现较高反射次数，但由于其基长收到谐振腔稳定条件的制约，无法获得更高的光程。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术的不足，本发明提供一种多通吸收池，该吸收池由两个镜面组成，其中一镜面开孔，每个镜面由三个部分组成，光束由此孔射入吸收池，经由各个部分的多次反射后由开孔射出吸收池。极大提高了镜面利用率，在小体积前提下可以获得百米光程。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种多通吸收池，包括左镜面和右镜面，左镜面和右镜面的镜面部分相对，左镜面和右镜面均由多个部分组成，其中一个镜面设有开孔，光束由此孔射入；光束在左镜面和右镜面之间按照设计的反射路径传播，在左镜面和右镜面的各个部分多次反射后，仍由上述镜面的开孔射出。
7.进一步地，左镜面和右镜面结构相同，均为矩形，分成上下两部分，上部分为两个小矩形，面积相同，下部分为一个大矩形，面积是上面小矩形的两倍。
8.进一步地，左镜面和右镜面的每个部分的镜面均为凹面反射镜。
9.进一步地，左镜面和右镜面的每个部分的镜面具有相同曲率半径。
10.进一步地，左镜面和右镜面之间的镜面间隔等于所述的曲率半径。
11.进一步地，左镜面、右镜面的各部分镜面的球心在对侧镜面的中心或距离中心2-3mm位置。
12.进一步地，根据入射光束波长的不同，对左镜面和右镜面的每个部分的凹面反射镜进行响应波长镀膜，使得在对应波长处的反射率大于99.8％。
13.进一步地，所述的左镜面中，a镜在下，b镜、c镜在上，b镜、c镜面积相同，为a镜的一半；所述的右镜面中，d镜在下，e镜、f镜在上，e镜、f镜面积相同，为d镜的一半；左镜面的b镜一角开孔，光束由此孔射入和射出吸收池。
14.所设计的反射路径为：
15.光束由左镜面的b镜部分的开孔射入，该点序号记为0，之后光束到达右镜面的e镜部分，此时序号为1，经由e镜部分反射，光束到达左镜面的a镜部分，此时序号为2，经由a镜部分反射，光束到达右镜面的d镜部分，此时序号为3，以此类推；光束在左右镜面内多次反射直至光束再次到达b镜部分的开孔，离开吸收池。
16.反射光斑在两镜面均呈多行多列分布，左镜面和右镜面上的光斑达到数十个，并且，光束由不同角度多次射向镜面上的一个光斑点，每个光斑是由多个不同角度光束形成光斑叠加而成。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明提供一种多通吸收池，高程度利用了光学镜面，光线可在吸收池内反射成百上千次，可在小体积前提下获得长光程，提高气体检测精度。
附图说明
19.图1是本发明的多通吸收池的直角坐标系下光学元件组成；
20.图2是本发明的多通吸收池的左镜面各子镜球心在xoy平面投影；
21.图3是本发明的多通吸收池的右镜面各子镜球心在xoy平面投影；
22.图4是本发明的多通吸收池的左镜面前50次反射光斑形成序列图；
23.图5是本发明的多通吸收池的右镜面前50次反射光斑形成序列图；
24.图6是本发明的多通吸收池的左镜面反射光斑分布图；
25.图7是本发明的多通吸收池的右镜面反射光斑分布图；
26.图8是对应于图6反射光斑位置实际发生的反射次数；
27.图9是对应于图7反射光斑位置实际发生的反射次数；
28.图10是本多通吸收池的光路模拟图。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
30.图1是本发明实施例的多通吸收池的直角坐标系下光学元件组成，左矩形镜面共有3部分，每部分镜面均为矩形，a镜在下，b镜、c镜在上，b镜、c镜面积相同，为a镜的一半。右矩形镜面尺寸大小与左矩形镜面相同，差别在于左矩形镜面b部分开孔，光束由此孔射入射出吸收池。
31.左镜面和右镜面的每个部分的镜面均为凹面反射镜。左镜面和右镜面的每个部分的镜面具有相同曲率半径。左镜面和右镜面之间的镜面间隔等于所述的曲率半径。根据入射光束波长的不同，对左镜面和右镜面的每个部分的凹面反射镜进行响应波长镀膜，使得在对应波长处的反射率大于99.8％。
32.如图2-3所示，左镜面、右镜面的各部分镜面的球心在对侧镜面的中心或距离中心2-3mm位置。图2-3是左右镜面各部分球心在xoy平面投影，带有上标的字母黑点对应于相应字母部分镜面的球心，例如：a’是a镜镜面的球心，b’是b镜镜面的球心。
33.如图4-5所示，光束由左镜面的b镜部分孔射入，该点序号记为0，之后光束到达右镜e部分，此时序号为1，经由e部分反射，光束到达左镜面的a镜部分，此时序号为2，经由a镜部分反射，光束到达右镜面的d镜部分，此时序号为3
……
以此类推，光束在左右镜面内多次
反射直至光束再次到达b镜部分开孔，离开吸收池。
34.如图6-7所示，反射光斑在两镜面均呈多行分布，左镜面光斑数量为57个，右镜面光斑为64个。
35.如图8-9所示，是对应于图6-7的反射光斑位置实际发生的反射次数，虽然镜面上光斑只有几十，但每个光斑是由多个不同角度光束形成光斑叠加而成。
36.如图10所示，是本发明的多通吸收池的光路模拟图。
37.这种设计增加了设计自由度，光束可由不同角度多次射向镜面上某一点，极大地提高了镜面利用率。
38.具体实施例：一左镜面和右镜面均利用两面边长40mm正方形镜面，镜面间隔500mm的吸收池，吸收池容积约0.8升。入射光束在吸收池内反射650次，有效光程高达325米。小容积一方面有利于吸收池的小型化，另一方面有利于减少气体交换时间，增加气体检测响应速率。长光程有利于提高气体检测精度。
39.以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。


技术特征：
1.一种多通吸收池，其特征在于，包括左镜面和右镜面，左镜面和右镜面的镜面部分相对，左镜面和右镜面均由多个部分组成，其中一个镜面设有开孔，光束由此孔射入；光束在左镜面和右镜面之间按照反射路径传播，在左镜面和右镜面的各个部分多次反射后，仍由上述镜面的开孔射出。2.根据权利要求1所述的一种多通吸收池，其特征在于，左镜面和右镜面结构相同，均为矩形，分成上下两部分，上部分为两个小矩形，面积相同，下部分为一个大矩形，面积是上面小矩形的两倍。3.根据权利要求2所述的一种多通吸收池，其特征在于，左镜面和右镜面的每个部分的镜面均为凹面反射镜。4.根据权利要求3所述的一种多通吸收池，其特征在于，左镜面和右镜面的每个部分的镜面具有相同曲率半径。5.根据权利要求4所述的一种多通吸收池，其特征在于，左镜面和右镜面之间的镜面间隔等于所述的曲率半径。6.根据权利要求4所述的一种多通吸收池，其特征在于，左镜面、右镜面的各部分镜面的球心在对侧镜面的中心或距离中心2-3mm位置。7.根据权利要求4所述的一种多通吸收池，其特征在于，根据入射光束波长的不同，对左镜面和右镜面的每个部分的凹面反射镜进行响应波长镀膜，使得在对应波长处的反射率大于99.8％。8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种多通吸收池，其特征在于，所述的左镜面中，a镜在下，b镜、c镜在上，b镜、c镜面积相同，为a镜的一半；所述的右镜面中，d镜在下，e镜、f镜在上，e镜、f镜面积相同，为d镜的一半；左镜面的b镜一角开孔，光束由此孔射入和射出吸收池；所设计的反射路径为：光束由左镜面的b镜部分的开孔射入，该点序号记为0，之后光束到达右镜面的e镜部分，此时序号为1，经由e镜部分反射，光束到达左镜面的a镜部分，此时序号为2，经由a镜部分反射，光束到达右镜面的d镜部分，此时序号为3，以此类推；光束在左右镜面内多次反射直至光束再次到达b镜部分的开孔，离开吸收池；反射光斑在两镜面均呈多行多列分布，左镜面和右镜面上的光斑达到数十个，并且，光束由不同角度多次射向镜面上的一个光斑点，每个光斑是由多个不同角度光束形成光斑叠加而成。

技术总结
本发明提供一种多通吸收池，包括左镜面和右镜面，左镜面和右镜面的镜面部分相对，左镜面和右镜面均由多个部分组成，其中一个镜面设有开孔，光束由此孔射入；光束在左镜面和右镜面之间按照设计的反射路径传播，在左镜面和右镜面的各个部分多次反射后，仍由上述镜面的开孔射出。极大提高了镜面利用率，在小体积前提下可以获得百米光程。高程度利用了光学镜面，光线可在吸收池内反射成百上千次，可在小体积前提下获得长光程，提高气体检测精度。提高气体检测精度。提高气体检测精度。


技术研发人员：刘骏鹏 李钊 张启蕊
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（鞍山）工业技术研究院
技术研发日：2022.04.26
技术公布日：2022/7/29