[发明专利]一种基于离轴反射式的导入光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量仪器领域，具体为一种收集、汇聚太阳散射光的被动差分吸收光谱仪的基于离轴反射式的导入光学系统。

背景技术

目前国外一些导入光学系统的方法多采用透射式或同轴反射式的方法将外界太阳散射光汇聚耦合进入光纤。由于被动差分吸收光谱仪的探测光谱范围在290～400nm，光谱分辨率要提高到0.6nm以上，而要提高测量精度必须保证获取足够的能量。上述波段采用单透镜的方法会不可避免的带来色像差问题，由于波长不同导致通过透镜时的折射率不同，在像方形成一个色斑，从而降低光纤的耦合效率，影响光谱仪的探测精度。如果我们采用不同材料透镜来消色差，势必增加成本，而新添镜片也会损失一定能量。若采用同轴反射式方法，在消色差的问题上可以得到解决，但因为固定接收光纤的机械装置会起引起中心遮拦，也会损失部分能量，从而影响光谱仪的探测效率。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于离轴反射式的导入光学系统，利用离轴抛物面反射镜解决目前被动差分吸收光谱仪导入光学系统测量带来的像差过大的难题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于离轴反射式的导入光学系统，包括有封闭的壳体，壳体外有光纤其一端伸入壳体中，所述壳体侧壁上开有通孔，有转动安装在壳体中的转轴从所述通孔中伸出，所述转轴伸出的端头上固定有安装架，安装架中安装有反射棱镜，其特征在于：所述壳体内位于反射棱镜的反射光路上设置有离轴抛物面反射镜，所述光纤的伸入端位于离轴抛物面反射镜的反射光路的焦点上，太阳散射光被所述反射棱镜反射后从所述通孔射入壳体内的离轴抛物面反射镜上，被离轴抛物面反射镜反射聚焦在光纤的伸入端。

所述的一种基于离轴反射式的导入光学系统，其特征在于：所述光纤另一端接入光谱仪输入端中，所述光谱仪输出端通过信号线与工控机连接。

本发明中，反射棱镜将太阳散射光导入到离轴反射抛物面镜的接收视场中，离轴抛物面镜将散射光反射并汇聚到光纤中，转轴由外部的电机驱动，电机带动转轴转动，进而带动反射棱镜旋转，将不同角度的散射光导入接收系统中。离轴抛物面镜反射聚焦耦合进光纤，并连接光谱仪，由其完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度及廓线的解析。离轴抛物面反射镜能以简单的面形产生高质量的无中心遮拦的平行光束，根据实际情况确定它的口径、离轴量、焦距等几何关系，并可计算一下可用视场范围。通常轴对称抛物面面形的只要给出通光口径及焦距或顶点的曲率半径就完全确定了。离轴抛物面只要给出通光口径、离轴量、离轴角或轴上焦距等参数。

本发明的主要特点如下：

(1)、将反射式聚焦、耦合光纤的方法应用于被动差分吸收光谱仪的导入光学系统中，纠正了色差对系统测量的影响；

(2)、采用离轴抛物面反射方式可以避免中心遮拦的影响；

本发明离轴抛物面反射镜的MTF传递函数可以发现，在一定的空间频率范围内具有良好的分辨率和对比度，从其像差曲线等指标可以发现其会聚光斑所产生的像差很小，便于聚焦耦合进光纤。整个系统满足被动差分吸收光谱仪测量的需求，进而解决被动差分吸收光谱仪导入光学系统像差过大的问题。且由于采用反射式的方式，对镜片材料的选择要求也可忽略。

附图说明

图1为本发明基于离轴反射式的导入光学系统示意图。

图2为本发明中离轴抛物面反射镜光路示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示。一种基于离轴反射式的导入光学系统，包括有反射棱镜1，反射棱镜1的后续光路上设置有离轴抛物面反射镜2、光纤3，太阳散射光经反射棱镜1转折光路后，再经过离轴抛物面反射镜2反射聚焦到光纤3伸入壳体的端头上(离轴抛物面镜2聚焦的数值孔径需与光纤的数值孔径相匹配)，再经过光谱仪4进行色散、采集数字化，最后到工控机5进行计算、解析。