一种全反棱镜光传输低损耗测量装置及方法与流程

本发明涉及全反棱镜测量，尤其涉及一种全反棱镜光传输低损耗测量装置及方法。

背景技术：

1、全反射棱镜(简称全反棱镜)在光学系统，特别是紧凑型、外场型光学测量系统中具有重要应用。例如，直角棱镜、角锥棱镜、五角棱镜、道威棱镜等均属于全反棱镜。全反棱镜利用自身结构特点，实现一定角度范围内入射光的定向反射。这种定向反射是基于全反射原理，因此对于光束能量传输，具有低损耗特点，仅存在极低的吸收损耗，而没有透射损耗。在大多数情况下，对于光学测量系统，全反棱镜的低损耗被视为无损耗，但在红外波段定量测量方面，准确的光学系统传输损耗评估有利于降低测量不确定度，提高测量数据的准确度。

2、目前，可采取的测量方法是采用类比分光光度计测量反射镜的方法对全反棱镜进行直接测量或测量透射光强来实现间接测量。但是，这种方法受光路传输光程长度制约难以实现全反棱镜光传输低损耗的高精度测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种全反棱镜光传输低损耗测量装置及方法，解决现有技术中因受光路传输光程长度制约难以实现全反棱镜光传输低损耗的高精度测量的问题。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种全反棱镜光传输低损耗测量装置，包括第一腔管、第二腔管和第三腔管，第二腔管和第三腔管分别可拆卸地安装在第一腔管的两端，且第一腔管、第二腔管和第三腔管连通，第二腔管和第三腔管远离第一腔管的一端均设有封闭结构；

3、在第一腔管、第二腔管和第三腔管中的其中一个腔管或多个腔管上设有用于排气的排气接口；

4、第二腔管用于可拆卸式安装待测量的全反棱镜；

5、第三腔管内设有激光器、光束整形模块、输入腔镜、输出腔镜、聚集透镜和探测器，光束整形模块、输入腔镜、输出腔镜、聚集透镜和探测器沿激光器发射激光的光路方向依次设置，使激光器发射的激光能够经过第一腔管后进入全反棱镜，且经全反棱镜转向后再次经过第一腔管，并依次经过输出透镜和聚焦透镜后到达探测器的靶面位置；

6、其中，输入腔镜和输出腔镜的参数相同，激光器输出的激光的波长变化范围大于一个纵模间隔。

7、可选地，全反棱镜光传输低损耗测量装置还包括电源与信号控制模块，电源与信号控制模块与激光器信号连接，用于控制激光器输出激光并能够调制激光波长的变化范围，使激光器输出的激光波长的变化范围大于一个纵模间隔；

8、电源与信号控制模块与探测器信号连接，当探测器接收光强转换的电压信号大于触发阈值时，电源与信号控制模块发出关断指令，激光器停止激光输出。

9、可选地，电源与信号控制模块集成安装在第三腔管的外侧。

10、可选地，全反棱镜光传输低损耗测量装置还包括数据存储处理模块，用于利用全反棱镜损耗计算公式，计算得到全反棱镜的损耗系数。

11、可选地，数据存储处理模块集成安装在第三腔管的外侧。

12、可选地，第二腔管的封闭结构为可拆卸式端盖；

13、全反棱镜与第二腔管之间设置有密封圈或者第二腔管与端盖的连接处设有密封圈。

14、可选地，端盖与第二腔管螺纹连接。

15、可选地，第二腔管和第三腔管与第一腔管螺纹连接。

16、可选地，排气接口为排气阀。

17、第二方面，本发明还提供了一种全反棱镜光传输低损耗测量方法，采用第一方面中任一种的全反棱镜光传输低损耗测量装置进行测量，步骤如下：

18、获取激光器输出光束特性，包括激光中心波长、腰斑尺寸和腰斑位置，根据输入腔镜和输出腔镜的曲率半径结合abcd矩阵法计算确定输入腔镜和输出腔镜与待测全反棱镜之间的距离，根据abcd矩阵法计算确定激光器、光束整形模块以及与输入腔镜之间的距离，保证聚焦透镜的焦点位于探测器的靶面上，将待测全反棱镜安装在第二腔管内的指定位置；

19、将排气接口与真空泵连接进行排气，使腔内保持负压状态；

20、开启激光器输出激光，激光经光束整形模块后由输入腔镜照射在待测量的全反棱镜入射面位置，经全反棱镜内表面全反射后从全反棱镜的出射面出射，再由输出腔镜透射，透射光经聚焦透镜聚焦在探测器的靶面位置；

21、当探测器接收光强转换的电压信号大于触发阈值时，关断激光器，使激光器停止激光输出，此时，电压信号呈现单e指数衰减，选取电压信号降至关断时刻电压值的1/e时所需时间为衰荡时间，利用全反棱镜损耗计算公式，计算得到全反棱镜的损耗系数a为

22、

23、式中，c为光速，属于常数；l为激光经输入腔镜至输出腔镜的距离；r为输入腔镜和输出腔镜的反射率；t为衰荡时间。

24、本发明的上述技术方案具有如下优点：

25、本发明提供的反棱镜光传输低损耗测量装置利用腔衰荡光谱技术，以激光为光源，以输入腔镜和输出腔镜和待测全反棱镜组成衰荡腔，大幅提高了激光在待测介质中的传输光程；通过在负压状态下测量衰荡时间，实现传输损耗的计算，消除了光强起伏噪声，提高了信噪比，实现了待测全反棱镜在用于光传输时的极低损耗高精度测量。同时，全反棱镜可拆卸安装，能够实现不同类型全反棱镜的光传输低损耗高精度快速测量。第一腔管、第二腔管和第三腔管之间可拆卸式安装，一方面解决便携测量，另一方面若有需要可以方便地更换不同长度的第一腔管，满足不同测量需求。

技术特征：

1.一种全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：还包括电源与信号控制模块，所述电源与信号控制模块与所述激光器信号连接，用于控制所述激光器输出激光并能够调制激光波长的变化范围，使所述激光器输出的激光波长的变化范围大于一个纵模间隔；

3.根据权利要求2所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述电源与信号控制模块集成安装在所述第三腔管的外侧。

4.根据权利要求1所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：还包括数据存储处理模块，用于利用全反棱镜损耗计算公式，计算得到全反棱镜的损耗系数。

5.根据权利要求4所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述数据存储处理模块集成安装在所述第三腔管的外侧。

6.根据权利要求1所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述第二腔管的封闭结构为可拆卸式端盖；

7.根据权利要求6所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述端盖与所述第二腔管螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述第二腔管和所述第三腔管与所述第一腔管螺纹连接。

9.根据权利要求1所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置，其特征在于：所述排气接口为排气阀。

10.一种全反棱镜光传输低损耗测量方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的全反棱镜光传输低损耗测量装置进行测量，步骤如下：

技术总结本发明涉及全反棱镜测量技术领域，尤其涉及一种全反棱镜光传输低损耗测量装置及方法。反棱镜光传输低损耗测量装置利用腔衰荡光谱技术，以激光为光源，以输入腔镜和输出腔镜和待测全反棱镜组成衰荡腔，大幅提高了激光在待测介质中的传输光程；通过在负压状态下测量衰荡时间，实现传输损耗的计算，消除了光强起伏噪声，提高了信噪比，实现了待测全反棱镜在用于光传输时的极低损耗高精度测量。同时，全反棱镜可拆卸安装，能够实现不同类型全反棱镜的光传输低损耗高精度快速测量。第一腔管、第二腔管和第三腔管之间可拆卸式安装，一方面解决便携测量，另一方面若有需要可以方便地更换不同长度的第一腔管，满足不同测量需求。技术研发人员：王金舵,修鹏,陈伟力,刘畅,徐惠华,陈大鹏,郭航,张妙智受保护的技术使用者：北京环境特性研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2