[发明专利]一种自动可调谐多光程系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种痕量气体光谱探测和自由空间光通信中激光与大气相互作用的动力学特性研究领域，特别是涉及一种自动可调谐多光程系统。

背景技术

多光程池大致可分为共振型多光程池和非共振型多光程池。共振型多光程池调节比较复杂且对光源要求比较高，并且在测量中要保证光与多光程池严格共振，因而实际应用中不是很方便。最简单的非共振型多光程池可通过两平面反射镜实现，如专利申请号为：201110131656.3一种用于吸收光谱测定的气体吸收池，通过两片平面反射镜增加吸收光程，提高光谱测定灵敏度，然而反射次数受限于平面反射镜的尺寸，另外就是最常用利用三面凹面反射镜构成的White池[1] White, John (1942). Long Optical Paths of Large Aperture。Journal of the Optical Society of America 32 (5): 285 具有反射次数容易控制，通光孔径大等优点，然而稳定性上要比Herriott池[2] D.Herriott, H.Kogelinik, R.Kompfner. Appl. Opt, 1964, 3(4): 523~526要差，并且Herriott池只有两片镜子，具有定位更加简单和受机械加工偏差影响较小的优点。然而这两种传统的多光程池同普通的两片平面反射镜构成的多光程池一样，有效光程相对较短。为了弥补这一点，专利申请号：200410065013.3可调谐多次反射光学吸收的方法及装置对传统的Herriott池做了改进，将其中一块平面反射镜均分为两片，大大提高了有效光程。然而这种结构在调节三片反射镜共轴时带来了不便，且反射镜调节的角度非常小，不易调节。为此我们提出了将其中一面凹面腔镜用平面腔镜代替，这样大大简化了共轴调节，并用压电晶体的伸缩控制角度的微小变化，大大提高了调节精度。

发明内容

本发明的一种自动可调谐多光程系统，克服了现有技术存在的不足，提供一种具有高精度、高灵敏度、操作简单、具有自动控制功能的可调谐多光程系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的一种自动可调谐多光程系统，包括角度旋转装置、长度调节装置、DSP控制器和一个呈圆柱体的可以保持真空度且能承受一定高压的主体，所述主体结构为：中部为直管，直管的两侧均设置有可伸缩的波纹管，两侧的所述波纹管均与所述直管之间均固定有卡环，所述波纹管的外侧均设置有端盖，所述直管、波纹管和端盖使主体呈一个密闭容器，两侧的所述端盖均向外延伸形成环状的卡接部，所述主体两侧的所述卡环与所述连接部之间均设置有三组与中心对称的固定装置。

所述主体内一侧的端盖处装有平面反射镜，所述主体与所述平面反射镜对应的端盖上设光入射口和光出射口，所述主体内另一侧的端盖处装有凹面反射镜组，所述角度旋转装置安装在所述凹面反射镜组对应的端盖上且用于改变所述凹面反射镜组水平角度。

两侧的所述端盖的外侧均固定连接有长度调节装置，所述长度调节装置用于拉伸或压缩端盖，以带动波纹管拉伸或压缩，从而改变主体的水平距离。

所述DSP控制器用于驱动所述长度调节装置运动和自动控制所述的角度旋转装置的水平旋转角度。

所述的凹面反射镜组由两个半圆共轴的凹面反射镜组成，下半部凹面反射镜固定，上半部凹面反射镜可改变其水平旋转的角度，所述下半部凹面反射镜与所述上半部凹面反射镜通过凹镜接触面固定轴连接，所述上半部凹面反射镜与端盖之间设置有弹簧。

所述角度旋转装置为两个，两个所述角度旋转装置水平安装在与上半部凹面反射镜对应的所述端盖上，所述角度旋转装置为压电晶体调节器，所述压电晶体调节器包括后座、压电晶体和活动塞，所述后座内安装有向外延伸的活动塞，所述活动塞延伸至所述上半部凹面反射镜的端面，所述压电晶体设置在所述后座与所述活动塞之间用于驱动活动塞运动。

所述长度调节装置为步进电机，所述步进电机的输出轴与端盖连接。

所述固定装置包括导轨和卡块，所述卡环与所述卡接部均设置有对应的通孔，所述导轨贯穿所述卡环与所述卡接部之间且两端均相外延伸，所述导轨的两端均设有卡块。

所述DSP控制器包括高速DSP处理器、步进电机驱动电路和压电晶体驱动电路，所述高速DSP处理器用于控制所述步进电机驱动电路与压电晶体驱动电路，所述步进电机驱动电路用于驱动所述步进电机输出轴的前进或后退，所述压电晶体驱动电路用于改变其电压，从而改变所述压电晶体的驱动电压，使其长度伸缩或缩短，从而推动活动塞伸长或缩短。