[发明专利]激光束阻挡元件及包括该元件的光谱系统

说明书

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。

背景技术

本发明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。

发明内容

本发明涉及光谱测量系统、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。