一種多波長耦合同光路的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜測量技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種多波長耦合同光路的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜是用單一窄帶的激光頻率掃描一條獨立的氣體吸收線,從而獲得大氣濃度等參數(shù)的光譜測量技術(shù)?,F(xiàn)在其已經(jīng)發(fā)展成了非常靈敏和常用的大氣痕量氣體監(jiān)測技術(shù),在該技術(shù)中融合不同紅外光譜信息既可實現(xiàn)多組分氣體的同時監(jiān)測。
[0003]量子級聯(lián)激光器是基于電子在半導(dǎo)體量子阱中導(dǎo)帶子帶間躍迀和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導(dǎo)體器件。它有著超寬的光譜范圍和極好的波長可調(diào)諧性,現(xiàn)已成為了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)中常見的激光光源。
[0004]隨著國家對煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測儀器難以實現(xiàn)多種污染物的同時在線監(jiān)測;多組分、高精度、高靈敏度的環(huán)境監(jiān)測儀器將成為未來的發(fā)展趨勢,而不同波長光譜信息融合與特征信號的提取是能否獲得成功的前提。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜系統(tǒng)中多波長耦合同光路的裝置,該裝置采用特制棱鏡將量子級聯(lián)激光器1、2、3發(fā)出的3束波長可調(diào)諧的激光束與指示激光器發(fā)出的光束進(jìn)行耦合,采用長焦離軸拋物面鏡與短焦離軸拋物面鏡組成的縮束鏡對光束進(jìn)行縮束。合束后的激光束帶有不同波長的光譜信息,運用在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜系統(tǒng)中可現(xiàn)實多組分大氣痕量氣體的同時監(jiān)測。該裝置融合不同波長的光譜信息有助于環(huán)境監(jiān)測儀器現(xiàn)實多組分氣體的同時監(jiān)測。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種多波長耦合同光路的裝置,包括金字塔形棱鏡、波長為632.8nm的指不激光器、量子級聯(lián)激光器1、量子級聯(lián)激光器2、量子級聯(lián)激光器3、長焦離軸拋物面鏡和短焦離軸拋物面鏡;波長為632.8nm的指示激光器發(fā)出的指示激光由金字塔形棱鏡中心孔發(fā)出;量子級聯(lián)激光器1、2、3發(fā)出的準(zhǔn)直光束經(jīng)特制棱鏡的鍍金反射面后,光傳播方向發(fā)生90°折轉(zhuǎn),與指示激光形成多波長同光路激光束;多波長同光路激光束再經(jīng)過長焦離軸拋物面鏡、短焦離軸拋物面鏡組成的縮束鏡縮束,其縮束比(1/?等于長、短焦離軸拋物面的反射焦距比fVf2。
[0007]其中,金字塔形棱鏡外形如金字塔,含有4個45°反射面,且在中心軸線上開有2mm的通孔。
[0008]其中,金字塔形棱鏡反射面鍍金膜且保證反射面對耦合波長都具有較高的反射率。
[0009]其中,在金字塔形棱鏡背面的中心軸線上設(shè)置波長為632.8nm的紅光激光器作為指不光束。
[0010]其中,量子級聯(lián)激光器1波長在λ i附近;量子級聯(lián)激光器2波長在λ 2附近;量子級聯(lián)激光器3波長在λ 3附近;
[0011 ] 其中,量子級聯(lián)激光器1、2、3各自帶有ζη\的準(zhǔn)直透鏡,準(zhǔn)直透鏡為雙凸型。
[0012]其中,量子級聯(lián)激光器1前的準(zhǔn)直透鏡,表面鍍對波長為λ i附近光波具有高透效應(yīng)的介質(zhì)膜。
[0013]其中,量子級聯(lián)激光器2前的準(zhǔn)直透鏡,表面鍍對波長為λ2附近光波具有高透效應(yīng)的介質(zhì)膜。
[0014]其中,量子級聯(lián)激光器3前的準(zhǔn)直透鏡,表面鍍對波長為λ3附近光波具有高透效應(yīng)的介質(zhì)膜。
[0015]其中,量子級聯(lián)激光器1、2、3與塔形特制棱鏡反射面成45°角放置,各激光器的入射點盡量靠近棱鏡的頂端。
[0016]其中,長焦離軸拋物面鏡焦距為,反射面鍍金膜。
[0017]其中,短焦離軸拋物面鏡焦距為f2且要求f 2〈f\,反射面鍍金膜。
[0018]其中,短焦離軸拋物面鏡與長焦離軸拋物面鏡焦點重合。
[0019]本發(fā)明的原理在于:
[0020]本發(fā)明涉及一種多波長耦合同光路的裝置。第一、開孔多面反射鏡是一種特制棱鏡,外形如金字塔,含有四個45°鍍金反射面,且沿軸線開2mm的通孔;第二、量子級聯(lián)激光器1、2、3分布在棱鏡3個反射面的周圍,三者發(fā)出的準(zhǔn)直光束入射到棱鏡反射面后,光傳播方向折轉(zhuǎn)90°后出射;第三、處在棱鏡背后的指示激光器¢32.8nm)發(fā)出的光穿過棱鏡中心孔作為光路調(diào)節(jié)的基準(zhǔn);第四、長焦離軸拋物面鏡和短焦離軸拋物面鏡構(gòu)成的縮束鏡將耦合光束縮束,光束直徑縮束比(1/?等于長、短焦離軸拋物面的反射焦距比f i/f2。該裝置為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜系統(tǒng)中多光譜信息融合,提供了一種有效的解決方案,有助于大氣痕量氣體監(jiān)測儀器實現(xiàn)多組分氣體的同時監(jiān)測。
[0021]光束親合部分由632.8nm的紅光激光器、三個不同波長范圍的量子級聯(lián)激光器、一個塔形特制棱鏡、三個準(zhǔn)直透鏡組成。三個不同波段的量子級聯(lián)激光器發(fā)出的光經(jīng)各自準(zhǔn)直透鏡,入射到金字塔形棱鏡上發(fā)生反射,反射光與入射光成90°出射。紅光激光器作為指示激光器,在光束耦合過程中起基準(zhǔn)作用,其發(fā)出的可見光與經(jīng)棱鏡反射面反射的紅外光一起形成具有四種不同波長的耦合光束。
[0022]縮束部分由一個長焦離軸拋物面鏡和一個短焦離軸拋物面鏡組成;多個光波耦合形成的光束經(jīng)過縮束鏡后,光束直徑變?yōu)樵械拈L焦離軸拋物面鏡的焦距、^為短焦離軸拋物面鏡的焦距。光束經(jīng)過縮束后大大的提高了耦合效率。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0024]1、利用特制的塔形棱鏡對多種波長范圍的光譜信息進(jìn)行了融合,并將其運用在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜系統(tǒng)中可現(xiàn)實多組分大氣痕量氣體的同時監(jiān)測。
[0025]2、在耦合裝置中加入了光束縮束鏡,使光束直徑大大減小,有效的提高了光束的耦合效率。
[0026]3、指示激光器的引入使得光路調(diào)試更為簡單;利用反射原理進(jìn)行光束耦合,使得同一裝置在無需更換器件的條件下,即可對多種不同波長的光譜信息進(jìn)行融合。
【附圖說明】
[0027]圖1為特制塔形棱鏡;
[0028]圖2為量子級聯(lián)激光器與準(zhǔn)直透鏡;
[0029]圖3為本發(fā)明的多波長耦合同光路裝置的光路原理圖;
[0030]圖4為多波長耦合同光路裝置的三維效果圖;
[0031]圖5為光束縮束前與縮束后耦合光斑的對比圖;
[0032]圖中:1、金字塔形棱鏡,2、指示激光器¢32.8nm紅光激光器),3、量子級聯(lián)激光器1(波長在附近),4、量子級聯(lián)激光器2(波長在λ 2附近),5、量子級聯(lián)激光器3 (波長在λ3附近),6、長焦離軸拋物面鏡,7、短焦離軸拋物面鏡。
[0033]具體