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光學(xué)諧振器用反射鏡及其光學(xué)諧振器和光譜測量儀

閱讀：647發(fā)布：2020-05-13

專利匯可以提供光學(xué)諧振器用反射鏡及其光學(xué)諧振器和光譜測量儀專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 申請 公開一種用于樣品測量的光學(xué) 諧振器 用反射鏡及其 光學(xué)諧振器 和 光譜 測量儀。所述諧振器用反射鏡包括：第一面，其具有反射區(qū)域；所述反射區(qū)域上 鍍 設(shè)有反射膜；所述反射區(qū)域用于在閉合光路中將光線反射；第二面，其與所述第一面相配合以在所述諧振器中形成閉合光路；所述第二面能將所述反射區(qū)域與待測樣品隔離，以使所述反射區(qū)域不與待測樣品 接觸 。本申請?zhí)峁┮环N諧振器用反射鏡及其諧振器和光譜測量儀，以能夠使反射鏡的膜層難以被樣品以及樣品中的雜質(zhì)所破壞。，下面是光學(xué)諧振器用反射鏡及其光學(xué)諧振器和光譜測量儀專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種用于樣品測量的光學(xué)諧振器用反射鏡，其特征在于，該反射鏡包括：
第一面，其具有反射區(qū)域；所述反射區(qū)域上鍍設(shè)有反射膜以用于將光線反射；
至少一個第二面，其將所述反射區(qū)域與待測樣品隔離，以使所述反射膜不與待測樣品接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的反射鏡，其特征在于：所述第一面與所述第二面沿著光路行進(jìn)方向前后設(shè)置，被所述反射區(qū)域反射的光線經(jīng)所述第二面入射或出射。
3.如權(quán)利要求1至2任一所述的反射鏡，其特征在于：所述光線以布儒斯特角出入射所述第二面。
4.如權(quán)利要求1至2任一所述的反射鏡，其特征在于：所述反射鏡包括至少一個面為曲面。
5.一種光學(xué)諧振器，其能接收和發(fā)出光線，并能將接收到的光線在其內(nèi)部傳播，其特征在于，所述光學(xué)諧振器包括：
光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括至少一個如權(quán)利要求1至4任一所述的反射鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)諧振器，其特征在于：所述光學(xué)元件至少為兩個，所有所述光學(xué)元件將光線形成閉合光路。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)諧振器，其特征在于：每個所述光學(xué)元件均為所述反射鏡。
8.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)諧振器，其特征在于，還包括：匹配光學(xué)件，所述匹配光學(xué)件能將光源光線與光學(xué)諧振器的模式匹配。
9.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)諧振器，其特征在于：至少一個所述光學(xué)元件能夠旋轉(zhuǎn)和/或平移。
10.一種光譜測量儀，其特征在于：包括如權(quán)利要求5至9任一所述的光學(xué)諧振器。

說明書全文

光學(xué)諧振器用反射鏡及其光學(xué)諧振器和光譜測量儀

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本申請涉及光譜學(xué)，尤其涉及一種光學(xué)諧振器用反射鏡及其光學(xué)諧振器和光譜測量儀。

背景技術(shù)

[0002] 目前，空腔回路衰減光譜技術(shù)(CRDS，cavity ring-down spectroscopy)已成為一種重要的光譜技術(shù)被應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)控制、大氣微量氣體監(jiān)測。作為光吸收測定技術(shù)，已證實CRDS優(yōu)于在低吸光度狀態(tài)下靈敏度不很理想的傳統(tǒng)方法。CRDS把高精密光學(xué)諧振器中的光子平均壽命作為吸收靈敏度的可觀測量。
[0003] 一般地，光學(xué)諧振器由一對名義上相同的、窄帶的、超高反射性介電反射鏡形成，經(jīng)適當(dāng)配置可以形成一個穩(wěn)定的光學(xué)諧振器。一個激光脈沖通過一個反射鏡射入諧振器以經(jīng)歷一個平均壽命時間，該平均壽命決定于光子往返渡越時間(transit time)、諧振器長度、吸收橫截面和物質(zhì)的濃度數(shù)量、內(nèi)部諧振器耗損因子(主要產(chǎn)生于當(dāng)衍射損耗可忽略不計時，來自取決于頻率的反射鏡的反射率)。因此光吸收的測定由傳統(tǒng)的功率比測量轉(zhuǎn)化成了時間衰減測量。CRDS的最終靈敏度由諧振器內(nèi)部的損耗量值決定，使用諸如精細(xì)拋光的技術(shù)生產(chǎn)的超低損耗光學(xué)器件可以使這個耗損值減至最小。
[0004] 從現(xiàn)有資料來看，組成空腔回路衰減光譜吸收光譜儀的諧振器的長度一般都在1米以內(nèi)，典型的長30厘米至70厘米，其吸收系數(shù)表達(dá)式為 因此，從吸收系數(shù)表達(dá)式可以看出，使用基于由高反射率鏡片組成的諧振器可以具有很高的測量靈敏度，一般在ppb量級甚至更高。
[0005] 在諧振器中，反射鏡的反射面鍍設(shè)有高反射膜層，進(jìn)而提高光線的反射率。所述高反射膜層為金屬反射膜或介質(zhì)反射膜。若使用金屬反射膜，由于單層的金屬膜硬度較低，極易被擦傷，因此，常在金屬膜上加鍍保護(hù)膜，且金屬反射膜本身就需經(jīng)多次鍍設(shè)而成，得到的金屬反射膜一般包含多層膜層。類似地，當(dāng)使用介質(zhì)反射膜時，介質(zhì)反射膜一般也需要通過多次鍍設(shè)而成，因此，得到的介質(zhì)反射膜也包含多層膜層。
[0006] 在實際使用中，基于反射鏡的諧振器，由于其高反射膜層是鍍在前表面的(即鏡片鍍外反射膜)的，此時，反射鏡的反射面和接觸樣品的接觸面重合，即同為一個面，所以在實際使用時該高反射膜層和諧振器中的樣品會直接接觸。
[0007] 無論是金屬反射膜還是介質(zhì)反射膜，由于各膜層之間的粘附性、膜層和基底材質(zhì)之間的粘附性、以及膜層的致密性有限，當(dāng)將高反射膜層置于高溫、高濕、高粉塵、腐蝕性等惡劣環(huán)境中時，環(huán)境中的氣體、水汽及雜質(zhì)容易進(jìn)入到高反射膜層的各個膜層之間以及高反射膜層與玻璃基底的連接處，使得高反射膜層容易被破壞；另外，在高反射膜層的制備過程中，一般會引入顆粒異物，所引入的顆粒異物會造成高反射膜層的缺陷，當(dāng)有膜層缺陷的反射鏡置于惡劣環(huán)境中時，會加劇破壞作用，這不僅使得高反射膜層的反射率降低，損失光能，而且破壞過程脫落的膜層還可能會阻擋光路，進(jìn)一步降低光能的收集效率，甚至?xí)沟貌Ａг诟叻瓷淠拥膽?yīng)力的作用下變形破裂。
[0008] 因此，基于反射鏡的諧振器在使用中其膜層容易被樣品以及樣品中的雜質(zhì)所破壞，影響光譜測量工作的正常進(jìn)行。發(fā)明內(nèi)容
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)中，諧振器中使用鍍設(shè)外反射膜的反射鏡為一種沿用設(shè)計，這是由于在使用單片鍍設(shè)外反射膜的反射鏡進(jìn)行反射光線時光線無須進(jìn)入玻璃層(基底)而直接被外反射膜反射，進(jìn)而具有損耗低、高反射率的優(yōu)點?？紤]到這一優(yōu)點，本領(lǐng)域技術(shù)人員在設(shè)計諧振器時直接沿用上述設(shè)計，而未考慮其他設(shè)計方案。
[0010] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請?zhí)峁┮环N諧振器用反射鏡及其諧振器和光譜測量儀，以能夠使反射鏡的膜層難以被樣品以及樣品中的雜質(zhì)所破壞。
[0011] 為達(dá)到上述目的，本申請一種用于樣品測量的諧振器用反射鏡，該反射鏡包括：
[0012] 第一面，其具有反射區(qū)域；所述反射區(qū)域上鍍設(shè)有反射膜以用于將光線反射；
[0013] 至少一個第二面，其將所述反射區(qū)域與待測樣品隔離，以使所述反射膜不與待測樣品接觸。
[0014] 作為一種優(yōu)選的實施方式，所述第一面與所述第二面沿著光路行進(jìn)方向前后設(shè)置，被所述反射區(qū)域反射的光線經(jīng)所述第二面入射或出射。
[0015] 作為一種優(yōu)選的實施方式，所述光線以布儒斯特角出入射所述第二面。
[0016] 作為一種優(yōu)選的實施方式，所述反射鏡包括至少一個面為曲面。
[0017] 為達(dá)到上述目的，本申請還提供一種光學(xué)諧振器，其能接收和發(fā)出光線，并能將接收到的光線在其內(nèi)部傳播，所述光學(xué)諧振器包括：
[0018] 光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括至少一個如上任一實施方式所述的反射鏡。
[0019] 作為一種優(yōu)選的實施方式，所述光學(xué)元件至少為兩個，所有所述光學(xué)元件將光線形成閉合光路。
[0020] 作為一種優(yōu)選的實施方式，每個所述光學(xué)元件均為所述反射鏡。
[0021] 作為一種優(yōu)選的實施方式，還包括：匹配光學(xué)件，所述匹配光學(xué)件能將光源光線與光學(xué)諧振器的模式匹配。
[0022] 作為一種優(yōu)選的實施方式，至少一個所述光學(xué)元件能夠旋轉(zhuǎn)和/或平移。
[0023] 為達(dá)到上述目的，本申請還提供一種光譜測量儀，包括如上任一實施方式所述的光學(xué)諧振器。
[0024] 通過以上描述可以看出，本申請所提供的所述諧振器用反射鏡通過設(shè)有將所述第一面與待測樣品隔離的所述第二面，保證所述反射區(qū)域不會與待測樣品進(jìn)行接觸，進(jìn)而保證所述反射區(qū)域上的反射膜不會與待測樣品接觸，使得待測樣品以及樣品中的雜質(zhì)難以進(jìn)入到反射膜中，所以本申請所提供的諧振器用反射鏡能夠使反射鏡的膜層難以被樣品以及樣品中的雜質(zhì)所破壞。附圖說明
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1是高斯光束沿Z軸傳播示意圖；
[0027] 圖2是復(fù)參數(shù)為q的高斯光束示意圖；
[0028] 圖3是一種由兩個反射鏡組成的兩鏡諧振器示意圖；
[0029] 圖4是一種諧振器中的折疊腔示意圖；
[0030] 圖5是圖4所示折疊腔的等效多元件直腔示意圖；
[0031] 圖6是一種諧振器中的環(huán)形腔示意圖；
[0032] 圖7是圖6所示環(huán)形腔的等效多元件直腔示意圖；
[0033] 圖8是一種平行平面腔示意圖；
[0034] 圖9是非偏振入射光線在空氣中入射到玻璃表面的示意圖；
[0035] 圖10是本申請一個實施方式提供的反射鏡示意圖；
[0036] 圖11是本申請一個實施方式提供的反射鏡示意圖；
[0037] 圖12是本申請一個實施方式提供的反射鏡示意圖；
[0038] 圖13是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0039] 圖14是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0040] 圖15是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0041] 圖16是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0042] 圖17是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0043] 圖18是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0044] 圖19是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0045] 圖20是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0046] 圖21是本申請一個實施方式提供的諧振器示意圖；
[0047] 圖22是本申請一個實施方式提供的光譜測量儀模塊示意圖。

具體實施方式

[0048] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049] 一、一般原理
[0050] 下面將給出與本發(fā)明有關(guān)的光學(xué)的一般原理的綜述導(dǎo)論。此綜述導(dǎo)論將提供一個背景知識，以便對本發(fā)明有一個完整的理解。
[0051] A：高斯光束
[0052] 高斯光束是亥姆霍茲方程在緩變振幅近似下的一個特解，它可以很好的描述基模激光光束的性質(zhì)。圖1中給出了高斯光束沿z軸傳播的示意圖。
[0053] 式(1.1)給出了高斯光束在空間傳播的規(guī)律。
[0054]
[0055] 其中，R(z)、ω(z)、Ψ的表達(dá)式如下所示：
[0056]
[0057] R(z)＝Z0(z/Z0+Z0/z) (1.3)-1
[0058] Ψ＝tan (z/Z0) (1.4)
[0059] 式(1.2)表示了高斯光束的束寬，式(1.3)表示了高斯光束的等相面曲率半徑，式(1.4)表示了高斯光束的相位因子，其中
[0060] 高斯光束由R(z)、ω(z)、z中的任意兩個即可確定，一般用復(fù)參數(shù)q表示高斯光束，如式(1.5)所示。
[0061]
[0062] 高斯光束復(fù)參數(shù)q通過變換矩陣 的光學(xué)系統(tǒng)的變換遵守ABCD定律：
[0063]
[0064] 如圖2所示，如果復(fù)參數(shù)為q1的高斯光束順次通過變換矩陣為：
[0065]
[0066] 的光學(xué)系統(tǒng)后變?yōu)閺?fù)參數(shù)為q的高斯光束，此時ABCD定律亦成立，但其中ABCD為下面矩陣M的諸元：
[0067] M＝Mn…M2M1 (1.8)
[0068] B：光學(xué)諧振腔
[0069] 穩(wěn)定的光學(xué)諧振腔是指可使高斯光束的復(fù)參數(shù)q在傳播一個周期后(往返一周或環(huán)繞一周)滿足自再現(xiàn)條件，即q＝q(T)或腔內(nèi)存在著高斯分布的自再現(xiàn)模。所以光學(xué)諧振腔具有兩個特點：1、諧振腔的尺寸遠(yuǎn)大于光波的波長；2、一般為開腔。
[0070] 以下給出了根據(jù)ABCD定律計算常見光學(xué)諧振腔的穩(wěn)定性條件的計算方法。需要說明的是，ABCD定律并不是唯一的計算方法，例如也可用解析的方法進(jìn)行計算。
[0071] 1、簡單的兩鏡諧振腔
[0072] 圖3所表示的是由兩個反射鏡組成的諧振腔，在穩(wěn)定腔內(nèi)存在的高斯光束只能是自再現(xiàn)的，即要求高斯光束在腔內(nèi)往返傳輸一周后等于它自身。
[0073] 如圖3所示，以鏡1為參考，往返一周矩陣為，其中
[0074]
[0075] 設(shè)q1為鏡1上的初始高斯光束的復(fù)參數(shù)，經(jīng)過往返傳輸一周后的復(fù)參數(shù)為q，穩(wěn)定腔的自再現(xiàn)條件要求，q＝q1。
[0076] 由ABCD定律
[0077]
[0078] 得到：
[0079]
[0080] 結(jié)合(1.5)式，式(1.11)中±號的選取應(yīng)保證使 為負(fù)值，即保證束寬平方為正值。
[0081] 其中：
[0082] 將(1.9)、(1.12)代入(1.11)得到：
[0083]
[0084] R1＝ρ1 (1.14)
[0085] 為使式(1.13)保持為正值，需滿足式(1.15)
[0086] 0＜g1g2＜1 (1.15)
[0087] 其中，所述公式(1.15)即為簡單的兩鏡諧振腔的穩(wěn)定性條件。
[0088] 2、折疊腔
[0089] 如圖4所示當(dāng)使用反射鏡將光路折疊后，就構(gòu)成折疊腔。折疊腔可以展開為多元件直腔來進(jìn)行分析。例如，以鏡S1為參考，圖4所示的三鏡折疊腔可以展開為圖5所示的薄透鏡序列。這樣，上述計算兩鏡諧振腔的中所使用的方法可用來計算折疊腔的穩(wěn)定性條件，其區(qū)別只是ABCD的諸元不同。
[0090] 3、環(huán)形腔
[0091] 如圖6所示，腔內(nèi)光束沿以多邊形閉合光路傳輸?shù)那环Q為環(huán)形腔。在高斯光束近似下，穩(wěn)定環(huán)形腔內(nèi)能夠存在的光束q參數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足環(huán)繞一周自再現(xiàn)條件，計算中對環(huán)形腔應(yīng)當(dāng)使用環(huán)繞矩陣。
[0092] 分別取鏡1、2、3、4為參考面，將環(huán)形腔展開為周期性薄透鏡序列，設(shè)以鏡i為參考，環(huán)繞矩陣為
[0093] 則：穩(wěn)定條件為|A+D|＜2；鏡i處基模高斯光束束寬為鏡i處高斯光束等相位曲率半徑為 分臂上的束腰寬度為
以鏡i為參考束腰位置為
[0094] 例如，以鏡S1為參考，行波(設(shè)為沿鏡S1→S2→S3→S4→S1方向)的等效周期性薄透鏡序列如圖7所示，由此得到環(huán)繞矩陣(1.16)
[0095]
[0096] 由此可得出環(huán)形腔的穩(wěn)定性條件及高斯光束的相關(guān)參數(shù)。
[0097] C：激光的模式、模式匹配、諧振條件
[0098] 激光的模式定義為光學(xué)諧振腔內(nèi)電磁場可能存在的本征態(tài)，不同的模式對應(yīng)不同的場分布和諧振頻率，?？梢苑譃榭v模和橫模。通常把由整數(shù)n所表征的腔內(nèi)縱向的穩(wěn)定場分布稱為縱模。同時，與電磁場傳播方向垂直的面內(nèi)也存在著穩(wěn)定的場分布，此為橫模。不同的橫模對應(yīng)于不同的橫向穩(wěn)定光場分布和頻率。
[0099] 模式匹配是指光束的模式與諧振腔的模式需滿足匹配條件，即耦合到光學(xué)諧振腔的光束的腰斑半徑及位置與諧振腔的腰斑半徑及位置完全重合。
[0100] 諧振條件：以圖8所示的平行平面腔為例，為了能在腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩，要求光波因干涉得到加強(qiáng)。干涉的條件是光波在腔內(nèi)沿軸線方向往返一周產(chǎn)生的相位差為2π的整數(shù)倍：Δφ＝2πm，由光程差和相位差的關(guān)系得： 得到L＝q(λq/2)(光腔的駐波條件)，用頻率表示為νq＝(c/2L)q，此式稱為諧振條件，νq為諧振頻率。
[0101] D：全反射
[0102] 全反射：光線從第一媒質(zhì)射向光學(xué)密度更大的第二種媒質(zhì)時，光線會朝靠近法線方向折射。從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)的光線則遠(yuǎn)離法線方向折射。這里存在一個角，稱為臨界角β，因此，對于所有的入射角大于這個臨界角的情況，所有的光線都將反射，而不發(fā)生折射。這種效應(yīng)稱為全內(nèi)反射，并且這個效應(yīng)發(fā)生在光學(xué)密度比界面外部大的材料內(nèi)部。
[0103] E：布儒斯特定律
[0104] 布儒斯特定律：圖9描述了非偏振入射光線12在空氣中入射到玻璃表面16。玻璃的折射率n一般為1.5。光線中每一個波列的電場矢量可分解為兩個分量：一個分量與圖中入射平面垂直，另一個分量位于入射平面內(nèi)。第一個分量，這里用黑點表示，為S偏振分量(源于德語senkrecht，意為垂直)；第二個分量，用箭頭表示，為P(平行)偏振分量。平均來說，對于完全非偏振光線，這兩個分量的振幅是相等的。
[0105] 對于玻璃或其他介電材料，有一個特殊入射角，稱為偏振角(由David.Brewster在實驗中發(fā)現(xiàn)，因此也稱為布儒斯特角θB)，這個角度對P偏振分量的反射系數(shù)為0。因此，從玻璃表面反射的光線18，盡管光強(qiáng)度低，但屬于平面偏振光，它的振動面垂直于第一面。在偏振角處的P偏振分量以角度θr全部折射；S偏振分量只發(fā)生部分折射。由圖9可以看出光線20是部分偏振光。
[0106] 二、本申請的諧振器用反射鏡及其諧振器和光譜測量儀
[0107] 請參閱圖10，本申請?zhí)峁┮粋€實施方式提供一種諧振器用反射鏡102，該反射鏡102包括：第一面1021，其具有反射區(qū)域300；所述反射區(qū)域300上鍍設(shè)有反射膜301以用于將光線反射；至少一個第二面1022，其將所述反射區(qū)域300與待測樣品隔離，以使所述反射膜301不與待測樣品接觸。
[0108] 所述反射鏡102可以形成所述諧振器100，具體地，所述反射鏡102用于在所述諧振器100內(nèi)形成閉合光路101。在測定樣品過程中，把光源發(fā)出的光線入射進(jìn)諧振器，在諧振器內(nèi)傳播一周后光線會部分出射，此時可以定義為一次出射事件。與出射光相對應(yīng)的光線再次傳播一周，而后再次部分出射，定義為二次出射事件。如果一次出射事件和二次出射事件的出射光的出射位置和方向名義上完全重合，則說明滿足該入射條件的光在諧振器內(nèi)形成了閉合光路101。
[0109] 所述反射鏡102可以設(shè)置于用于容納待測樣品的測量區(qū)域103的邊界上，進(jìn)而保證位于由所述反射鏡102發(fā)出的光線可以穿過所述待測樣品并被所述待測樣品吸收。所述光線可以采用P偏振光。進(jìn)行測量工作時，光線在閉合光路101中傳播至所述反射鏡102時，由于所述第二面1022將所述反射區(qū)域300與待測樣品隔離開，所以所述第二面1022會直接與待測樣品接觸，所述反射區(qū)域300則相對于所述第二面1022遠(yuǎn)離待測樣品，進(jìn)而此時，在所述閉合光路101中，光線穿過待測樣品必先由所述第二面1022入射至所述反射鏡102內(nèi)，然后光線到達(dá)所述反射區(qū)域300被所述反射區(qū)域300反射。
[0110] 通過以上描述可以看出，本實施方式所提供的所述諧振器用反射鏡102通過設(shè)有將所述第一面1021與待測樣品隔離的所述第二面1022，保證所述反射區(qū)域300不會與待測樣品進(jìn)行接觸，進(jìn)而保證所述反射區(qū)域300上的反射膜301不會與待測樣品接觸，使得待測樣品以及樣品中的雜質(zhì)難以進(jìn)入到反射膜301中，所以本實施方式所提供的諧振器用反射鏡102能夠使反射鏡102的膜層難以被樣品以及樣品中的雜質(zhì)所破壞。
[0111] 同時，對于諧振器整體而言，現(xiàn)有技術(shù)中光線進(jìn)入到諧振器內(nèi)部時仍然會穿過基底部分進(jìn)而仍然存在一定的損耗。對于本實施方式而言，光線在進(jìn)入到諧振器內(nèi)部時是無須穿過基底部分的，而在閉合光路中光線是會穿過基底的，所以對于諧振器整體而言，本實施方式所提供的反射鏡102并未提高光線在傳播過程中的損耗。
[0112] 所述反射鏡102包括有玻璃材質(zhì)的基底及反射膜。所述反射膜301鍍設(shè)在基底一面上，基底的另一面供光線透射。所述反射膜301為內(nèi)反射膜，在使用過程中，在諧振器100內(nèi)，光線進(jìn)入基底后到達(dá)反射膜后才被反射并再次穿過基底完成透射。相應(yīng)的，在本實施方式中，所述基底的透射面即為所述第二面1022，所述基底鍍設(shè)有反射膜的面為所述第一面1021。
[0113] 本實施方式中，所述反射鏡102用于形成所述諧振器100中光線的閉合光路101，所述閉合光路101由光線在諧振器100中的光學(xué)元件之間經(jīng)多次反射、折射而形成。光線在所述閉合光路101中循環(huán)傳播，進(jìn)而極大的增大了光線在諧振器100內(nèi)的光程，保證位于閉合光路101中的光線穿過待測樣品時能有效地被待測樣品吸收。形成所述閉合光路101的光學(xué)元件可以有多種組合，具體的，例如所述光學(xué)元件可以包括所述反射鏡102以及其他種類的反射鏡102；或者所述光學(xué)元件也可以包括有全反射的反射鏡與所述反射鏡102；或者所述光學(xué)元件僅包括有兩個所述反射鏡102，本申請并不以此為限。需要指出的是，所述反射鏡102僅為形成所述閉合光路101的光學(xué)元件中的部分元件，即本實施方式所提供的所述反射鏡102可以為形成所述閉合光路101的光學(xué)元件中的一個元件，也可以為形成所述閉合光路101的光學(xué)元件的多個元件，當(dāng)然，較為簡單地，所述反射鏡102為兩個平面反射鏡102時，所有所述反射鏡102就可以使光線形成所述閉合光路101。
[0114] 具體的，例如所述反射鏡102可以是平面反射鏡102、球面反射鏡102和非球面反射鏡102，也可以為鍍設(shè)有所述反射膜301的反射鏡，本申請并不以此為限。所述反射鏡102上至少具有兩個互相獨立的面，即為所述第一面1021和所述第二面1022。其中，所述第一面1021與所述第二面1022可以沿著光路行進(jìn)方向前后設(shè)置，被所述反射區(qū)域300反射的光線經(jīng)所述第二面1022入射或出射。具體的，可以相背對平行或非平行設(shè)置，此時，所述第二面1022在閉合光路101中既能夠接收來自其他光學(xué)元件的光線，也能發(fā)出來自所述第一面1021的反射光線。
[0115] 當(dāng)然，單個所述反射鏡102也可以為不規(guī)則形狀的棱鏡，其上的多個面可以承擔(dān)單個所述第一面1021、所述第二面1022的作用，這同樣可以為本申請的一個實施方式。需要指出的是，所述反射鏡102的數(shù)量為多個時，每個所述反射鏡102的外形可以相同也可以不同，只需每個所述反射鏡102與其他所述反射鏡102能夠?qū)⒐饩€組成閉合光路101即可，本申請并不以此為限制。
[0116] 請參閱圖13，所述反射鏡102位于諧振器100中測量區(qū)域103的邊界，所述測量區(qū)域103至少包括所述閉合光路101中的光線穿過的區(qū)域，進(jìn)而保證光線有效穿過待測樣品。所述測量區(qū)域103可以設(shè)置有待測樣品，所述待測樣品可以為固體、氣體、液體，也可以為液晶、生物組織。所述測量區(qū)域可以包括有多個子區(qū)域，比如第一子區(qū)域、第二子區(qū)域，所述第一子區(qū)域及第二子區(qū)域均被閉合光路穿過，所述第二子區(qū)域可以位于所述第一子區(qū)域內(nèi)。所述第一子區(qū)域及所述第二子區(qū)域內(nèi)可以放置有不同的樣品。另外，在測量區(qū)域可以放置樣品腔，進(jìn)而組成“腔內(nèi)腔”結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同樣品的測量。
[0117] 所述反射鏡102置于所述測量區(qū)域103邊界時，所述反射鏡102會存在與待測樣品相接觸的面。具體的，所述第二面1022由于需要光線穿過待測樣品后進(jìn)入所述第一面1021，所以所述第一面1021需要與所述待測樣品直接接觸，同時將所述第一面1021與待測樣品隔離開。在所述反射鏡102為橫截面為梯形的棱臺時，所述反射鏡102存在一個不參與光學(xué)作用的面，該面同樣置于所述待測樣品之中。
[0118] 本實施方式中，所述反射鏡102的制造材料可為玻璃，目前已知適用的材料有：熔凝石英、藍(lán)寶石、氟化鈣、金剛石、釔鋁石榴石(YG)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(l2O3)、二氧化鉿(HfO2)等，當(dāng)然，所述反射鏡102的制造材料也可以為其他在光波頻率范圍內(nèi)為透明的介質(zhì)，本申請并不以此為限。由于上述種類材料具有化學(xué)惰性，該類材料制作的反射鏡102置于在進(jìn)行測量工作時，其第二面1022不會被測量區(qū)域103內(nèi)的待測樣品以及待測樣品所含雜質(zhì)所破壞?；蛘?，所述第二面1022也可以附著有對待測樣品以及待測樣品中的雜質(zhì)具有化學(xué)惰性的材料。
[0119] 所述第一面1021上具有能將光線反射的反射區(qū)域300。所述反射區(qū)域300為所述第一面1021上鍍設(shè)有所述反射膜301的區(qū)域，具體的，例如所述第一面1021上整體鍍設(shè)有所述反射膜301，所述反射區(qū)域300即為整個所述第一面1021；當(dāng)然，所述反射區(qū)域300也可以為所述第一面1021的部分區(qū)域，其能在所述閉合光路101中完成光線的反射工作即可，本申請對所述反射區(qū)域300的大小不作限制，當(dāng)然，可以以整個所述第一面1021作為所述反射區(qū)域300為優(yōu)選的一種方案。
[0120] 所述反射膜301可以包括介質(zhì)反射膜301和/或金屬反射膜301。為保證所述反射膜301的高反射率，所述膜層可以為多層(有時多達(dá)40幾層)。相對所述第二面1022，所述反射區(qū)域300遠(yuǎn)離待測樣品，進(jìn)而待測樣品以及待測樣品中的雜質(zhì)難以影響到所述反射區(qū)域300的膜層，進(jìn)而有效保護(hù)到所述反射區(qū)域300，使得整個諧振器100的環(huán)境適應(yīng)能力得到較大程度的提升。
[0121] 為進(jìn)一步保護(hù)所述第一面1021，所述第一面1021處可以設(shè)有干燥劑，或者所述第一面1021上設(shè)有保護(hù)件。通過設(shè)置所述第一面1021臨近所述干燥劑，進(jìn)而避免外界中的水分等雜質(zhì)與所述第一面1021接觸。所述保護(hù)件用于保護(hù)所述第一面1021避免刮傷、阻止氣體及水分等雜質(zhì)和所述第一面1021接觸。所述保護(hù)件可以為包裹裝置，其能夠?qū)⑺龅谝幻?021包裹以與其他物質(zhì)隔離開；此外，所述保護(hù)件還可以為密封裝置，所述密封裝置將所述第一面1021密封在其內(nèi)部，同時其內(nèi)部為高真空或填充有惰性氣體。
[0122] 需要指出的是，所述保護(hù)件并不限于上述舉例，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在本申請技術(shù)精髓的啟示下，還可能做出其它變更，但只要其實現(xiàn)的功能和效果與本申請相同或相似，均應(yīng)涵蓋于本申請保護(hù)范圍內(nèi)。
[0123] 所述第二面1022能夠與所述反射區(qū)域300相配合，進(jìn)而用于形成所述諧振器100的閉合光路101。所述第二面1022可以在閉合光路101中接收光線，也可以發(fā)出光線，可以根據(jù)實際應(yīng)用場景選擇。以圖13所示為例，所述第二面1022在閉合光路101中既接收光線也發(fā)出光線；相應(yīng)的，以圖17所示為例，所述第二面1022在閉合光路101中僅用于接收光線。所述第二面1022上可以鍍設(shè)有高透膜，進(jìn)而提高所述第二面1022的光線透射率，降低光線在通過所述第二面1022時造成的損耗。所述第二面1022能夠?qū)⑺龇瓷鋮^(qū)與待測樣品間隔開，進(jìn)而光線在穿過待測樣品到達(dá)所述反射區(qū)域300之前必先穿過所述第二面1022。所述第二面1022與待測樣品直接接觸，使得光線穿過待測樣品后直接由所述第二面
1022進(jìn)入到所述反射鏡102內(nèi)。
[0124] 本實施方式中，所述第一面1021以及所述第二面1022中的至少一個面可以為曲面。所述曲面可以保證光線所形成的閉合光路101更加穩(wěn)定。為了進(jìn)一步校正光線在閉合光路101內(nèi)斜入射時導(dǎo)致的像散，所述曲面的曲率和光線之間需要滿足消像散條件。
[0125] 具體的，如圖11所示，所述曲面可以為將所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面通過光學(xué)加工形成。所述光學(xué)加工可以為對所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面進(jìn)行物理加工，例如打磨、拋光等。可以以圖11為例將所述第二面1022加工成曲面。
[0126] 進(jìn)一步的，如圖12所示，所述曲面還可以為通過折射率系數(shù)相匹配的光學(xué)膠合劑將透鏡70與所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面膠合形成。所述光學(xué)膠合劑的折射率系數(shù)可以約等于所述曲面的折射率。所述透鏡70與所述反射鏡102的折射率可以相同，也可以不同，本申請并不以此為限。
[0127] 此外，所述曲面還可以為將透鏡70與所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面通過光學(xué)接觸形成。所述光學(xué)接觸為將透鏡70的一面及所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面打磨光滑，然后將兩者擠壓接觸，進(jìn)而通過分子之間的吸力將所述透鏡70與所述反射鏡102結(jié)合。
[0128] 請繼續(xù)參閱圖13，在本實施方式中，所述反射鏡102的面上還可以具有發(fā)出部500和/或接收部400，所述發(fā)出部500用于向探測器發(fā)出光線；所述接收部400用于從光源接收光線。本實施方式中，所述接收部400可以從光源接收光線以維持閉合光路101的形成，具體的，例如光線由光源發(fā)出入射至所述接收部400。所述接收部400位于所述反射鏡102的一個面上，其可以為所接收光線與其所在面的接觸處。所述接收部400的大小取決于所接收光線在其所在面上所形成的光斑大小，當(dāng)然，所述接收部400的大小不小于所接收光線在其所在面上所形成的光斑大小即可。
[0129] 所述發(fā)出部500可以向探測器發(fā)出光線至探測器，探測器通過接收該光線進(jìn)行計算來得出待測樣品的物化性質(zhì)。所述發(fā)出部500位于所述反射鏡102的一個面上，其可以為所發(fā)出光線與其所在面的接觸處。所述發(fā)出部500的大小取決于所發(fā)出光線在其所在面上所形成的光斑大小，當(dāng)然，所述發(fā)出部500的大小不小于所發(fā)出光線在其所在面上所形成的光斑大小即可。
[0130] 需要指出的是，所述接收部400與所述發(fā)出部500為不重合的兩個部分，進(jìn)而防止光源與探測器位置重疊。同時，在實際使用中考慮到光路是可逆的，所述接收部4001024和所述發(fā)出部5001025的位置可以互換，此時將光源與探測器的位置對調(diào)即可。當(dāng)然，在本實施方式中，所述接收部400和所述發(fā)出部500可以位于多個所述反射鏡102的不同面上。由于所述接收部400與所述發(fā)出部500位于不同面上，光源與探測器的位置可以靈活設(shè)置，進(jìn)而便于制造和裝配。
[0131] 具體的，可以以圖13所示諧振器100為例，所述接收部400可以位于一個反射鏡102的所述第一面1021上，所述發(fā)出部500位于另一反射鏡102的所述第一面1021上?？梢钥闯觯哂兴鼋邮詹?00的所述第一面1021可以從光源接收光線并將該光線透射進(jìn)入所述反射鏡102，還可以接收來自所述第二面1022的光線并將其反射出去。具有所述接收部400的所述第一面1021的反射位置可以與所述接收部400位置重合，進(jìn)而將該第一面
1021的反射光線與從光源接收光線的光路重合，便于光線形成閉合光路101。同樣的，具有所述發(fā)出部500的所述第一面1021可以接收來自其他光學(xué)元件的光線并將該光線部分向探測器發(fā)出，同時將該光線部分反射至當(dāng)前反射鏡102的所述第二面1022以形成閉合光路
101。
[0132] 請參閱圖17，在另一個實施方式中，所述反射鏡102還可以具有第三面1023。所述第三面1023用于接收來自所述第一面1021的光線并將該光線發(fā)出，所述第三面1023與所述第二面1022一起用于將所述第一面1021與待測樣品隔離開。所述第三面1023與所述第二面1022位于所述第一面1021的一側(cè)。所述第二面1022用于在閉合光路101中接收光線并將該光線發(fā)至所述第一面1021。此時，所述反射鏡102整體可以為橫截面為三角形的三角棱鏡，為便于裝置的小型化以及與其他光學(xué)元件的裝配，所述反射鏡102整體也可以為橫截面為梯形的棱臺。所述反射鏡102上具有三個互相獨立的面為所述第一面1021、所述第二面1022、所述第三面1023。其中，所述第二面1022與所述第三面1023可以相對設(shè)置，所述第一面1021可以位于所述第二面1022與所述第三面1023之間。
[0133] 進(jìn)一步的，當(dāng)所述接收部或所述發(fā)出部位于第二面或第三面，并與待測樣品直接接觸，將第一面反射區(qū)域與待測樣品隔離開時，所述光線在第二面或第三面可以以布儒斯特角出入射。當(dāng)所述接收部或所述發(fā)出部位于第二面和第三面之外的其他面，所述第二面和第三面僅用于光路過渡，第二面和第三面可以鍍有反射膜，進(jìn)而保證所述光線在第二面和第三面以全發(fā)射形式出入射。
[0134] 請參閱圖13，本申請一個實施方式還提供一種諧振器，其能接收和發(fā)出光線，并能將接收到的光線在其內(nèi)部傳播，所述諧振器包括：光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括如上任一實施方式所述的反射鏡102。
[0135] 所述光學(xué)元件可以設(shè)置于用于容納待測樣品的測量區(qū)域103的邊界上，進(jìn)而保證位于兩個所述光學(xué)元件之間的光線可以穿過所述待測樣品并被所述待測樣品吸收。所述入射光線可以采用P偏振光。進(jìn)行測量工作時，光線由光源發(fā)出經(jīng)所述接收部400接收進(jìn)入所述諧振器100。光線在閉合光路101中傳播至所述反射鏡102時，其他所述光學(xué)元件將光線發(fā)送至所述反射鏡102的所述第二面1022，該第二面1022將光線入射并發(fā)送至當(dāng)前反射鏡102的所述第一面1021以完成入射工作，然后該第一面1021將光線反射給當(dāng)前棱鏡的所述第二面1022以完成反射工作，該第二面1022將光線出射后發(fā)送給下一光學(xué)元件的第二面1022以完成出射工作。當(dāng)所述反射鏡102為多個時，每個反射鏡102順次完成入射工作、反射工作、出射工作直至將光線形成穩(wěn)定的閉合光路101。光線在所述光學(xué)元件之間傳播時由所述發(fā)出部500將光線向探測器發(fā)出至探測器，即發(fā)出出射光線。所述探測器接收所述出射光線，經(jīng)過計算以得出所述待測樣品的成分。
[0136] 作為較佳的方案，本實施方式中的所述光學(xué)元件能將光線形成處于諧振狀態(tài)的閉合光路101，進(jìn)而增加光線在所述諧振器100內(nèi)的光程。所述光學(xué)元件的數(shù)量至少為兩個，其分布于所述測量區(qū)域103的邊界，每個所述光學(xué)元件可以均為所述反射鏡102，組成反射鏡102型諧振器100；也可以包含有其他種類反射鏡102以及所述反射鏡102，組成混合型諧振器100。本申請并不以此為限，只需通過所述光學(xué)元件能保證光線形成閉合光路101即可。當(dāng)然，在本申請中可以以所述光學(xué)元件僅包含所述反射鏡102作為一種優(yōu)選的方案。
[0137] 本實施方式中，所述光學(xué)元件包含有至少一個所述反射鏡102。所述反射鏡102的數(shù)量可以不作限制，所述反射鏡102為單個時，所述反射鏡102可以與其他種類反射鏡102或反射鏡相配合以將光線形成閉合光路101；所述反射鏡102為多個時，所述反射鏡102之間即可將光線形成閉合光路101，無須與其他種類反射鏡102或反射鏡102配合。當(dāng)然，在所述反射鏡102為多個的情況下，依然可以與其他種類反射鏡102或反射鏡102配合使用，本申請并不以此為限。
[0138] 本實施方式中，所述諧振器可以具有從光源接收光線的接收部400以及向探測器發(fā)送光線的發(fā)出部500。接收部400可以從光源接收光線以維持閉合光路101的形成，具體的，例如光線由光源發(fā)出入射至所述接收部400。所述接收部400位于所述光學(xué)元件的一個面上，其可以為所接收光線與其所在面的接觸處。所述接收部400的大小取決于所接收光線在其所在面上所形成的光斑大小，當(dāng)然，所述接收部400的大小不小于所接收光線在其所在面上所形成的光斑大小即可。
[0139] 所述發(fā)出部500可以向探測器發(fā)出光線至探測器，探測器通過接收該光線進(jìn)行計算來得出待測樣品的物化性質(zhì)。所述發(fā)出部500位于所述光學(xué)元件的一個面上，其可以為所發(fā)出光線與其所在面的接觸處。所述發(fā)出部500的大小取決于所發(fā)出光線在其所在面上所形成的光斑大小，當(dāng)然，所述發(fā)出部500的大小不小于所發(fā)出光線在其所在面上所形成的光斑大小即可。
[0140] 所述接收部400與所述發(fā)出部500可以位于所述光學(xué)元件的同一面上可以位于不同面上，需要指出的是，所述接收部400與所述發(fā)出部500為不重合的兩個部分，進(jìn)而防止光源與探測器位置重疊。當(dāng)然，在本實施方式中，可以以所述接收部400和所述發(fā)出部500可以位于所述光學(xué)元件的兩個面上為優(yōu)選的方案。在該優(yōu)選的方案中，由于所述接收部400與所述發(fā)出部500位于所述光學(xué)元件的不同面上，光源與探測器的位置可以靈活設(shè)置，進(jìn)而便于制造和裝配。
[0141] 在本申請一個可行的實施方式中，所述反射鏡102至少為兩個，其能將光線形成閉合光路101。在該實施方式中，所述光學(xué)元件包括至少兩個所述反射鏡102，所述接收部400和所述發(fā)出部500可以按照實際應(yīng)用設(shè)置在所述反射鏡102的第一面1021和/或第二面1022上。
[0142] 需要指出的是，考慮到光學(xué)元件集成度較高，所有所述反射鏡102可以一體設(shè)計成型，但若其所行使的依然為多個所述反射鏡102的作用時，依然為本申請所保護(hù)的方案。
[0143] 接下來將描述本申請所提供的諧振器中包括至少兩個所述反射鏡102的幾個較好的實施方式，以闡述本申請的原理，但本申請并不拘泥于下述設(shè)計內(nèi)容。
[0144] 請繼續(xù)參閱圖13，在一個可行的實施方式中，所述光學(xué)元件包括第一反射鏡102、第二反射鏡102。所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102相對設(shè)置。在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102中，兩個所述第一面1021上均整體鍍設(shè)有反射膜301，進(jìn)而所述第一面1021即可以代表其上的反射區(qū)域300。待測樣品可以設(shè)置在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102之間，所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102中所述第二面
1022直接接觸待測樣品，所述第一面1021均遠(yuǎn)離所述待測樣品。在本實施方式中，所述接收部400位于所述第一反射鏡102的第一面1021上，所述發(fā)出部500位于所述第二反射鏡
102的第一面1021上。所述閉合光路101位于兩個所述第一面1021之間。由于在閉合光路101中，所述第二面1022既能向另一反射鏡102發(fā)送光線，也能接收另一反射鏡102發(fā)來的光線，所述第二面1022與所述閉合光路101內(nèi)的光線為垂直關(guān)系，此時所述閉合光路
101為直線形循環(huán)閉合光路101。
[0145] 請參閱圖14，在另一個可行的實施方式中，所述光學(xué)元件包括第一反射鏡102、第二反射鏡102。所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102錯開設(shè)置。在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102中，兩個所述第一面1021上均整體鍍設(shè)有反射膜301，進(jìn)而所述第一面1021即可以代表其上的反射區(qū)域300。待測樣品設(shè)置在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102之間的測量區(qū)域103內(nèi)。在所述第一反射鏡中以及所述第二反射鏡中，兩個所述第二面1022直接接觸待測樣品并將兩個所述第一面1021與所述待測樣品隔離開。
在本實施方式中，所述接收部400位于所述第一反射鏡102的第一面1021上，所述發(fā)出部
500位于所述第二反射鏡102的第一面1021上。所述閉合光路101位于兩個所述第一面
1021之間。由于在閉合光路101中，所述第二面1022既能向另一反射鏡102發(fā)送光線，也能接收另一反射鏡102發(fā)來的光線。為降低諧振器100內(nèi)的光學(xué)噪聲，提高諧振器100的測量下線，所述第二面1022所接收的所述閉合光路101內(nèi)的光線在所述第二面1022上的入射角可以為布儒斯特角。由于所述光線為P偏振光，所述閉合光路101中的光線在穿過所述第二面1022時發(fā)生全折射。此時，所述閉合光路101為折線型循環(huán)閉合光路101。
[0146] 請參閱圖15，在另一個可行的實施方式中，所述光學(xué)元件包括第一反射鏡102、第二反射鏡102。所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102錯開設(shè)置。在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102中，兩個所述第一面1021上均整體鍍設(shè)有反射膜301，進(jìn)而所述第一面1021即可以代表其上的反射區(qū)域300。待測樣品設(shè)置在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102之間的測量區(qū)域103內(nèi)。在所述第一反射鏡中以及所述第二反射鏡中，兩個所述第二面1022直接接觸待測樣品并將兩個所述第一面1021與所述待測樣品隔離開。在本實施方式中，所述接收部400位于所述第一反射鏡102的第二面1022上，所述發(fā)出部500位于所述第二反射鏡102的第二面1022上。所述閉合光路101位于兩個所述第一面1021之間。由于在閉合光路101中，所述第二面1022既能向另一反射鏡102發(fā)送光線，也能接收另一反射鏡102發(fā)來的光線。為降低諧振器100內(nèi)的光學(xué)噪聲，提高諧振器100的測量下線，所述接收部400從光源接收的光線L1的入射角可以為近布儒斯特角，即θB+Δθ，其中Δθ為偏離布儒斯特角的角度，Δθ可以接近0度；同時，所述發(fā)出部500向探測器發(fā)出的光線L2的出射角也為近布儒斯特角，即θB+Δθ，其中Δθ為偏離布儒斯特角的角度，Δθ可以接近0度。由于所述光線為P偏振光，所述閉合光路101中的光線在穿過所述第二面1022時發(fā)生近似全折射。此時，所述閉合光路101為折線型循環(huán)閉合光路101。
[0147] 請參閱圖16，在另一個可行的實施方式中，所述光學(xué)元件包括第一反射鏡102、第二反射鏡102。所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102錯開設(shè)置。在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102中，兩個所述第一面1021上均整體鍍設(shè)有反射膜301，進(jìn)而所述第一面1021即可以代表其上的反射區(qū)域300。待測樣品設(shè)置在所述第一反射鏡102與所述第二反射鏡102之間的測量區(qū)域103內(nèi)。在所述第一反射鏡中以及所述第二反射鏡中，兩個所述第二面1022直接接觸待測樣品并將兩個所述第一面1021與所述待測樣品隔離開。在本實施方式中，所述接收部400位于所述第一反射鏡102的第二面1022上，所述發(fā)出部500位于所述第二反射鏡102的第一面1021上。所述閉合光路101位于兩個所述第一面1021之間。由于在閉合光路101中，所述第二面1022既能向另一反射鏡102發(fā)送光線，也能接收另一反射鏡102發(fā)來的光線。為降低諧振器100內(nèi)的光學(xué)噪聲，提高諧振器100的測量下限，所述接收部400從光源接收的光線L1的入射角可以為近布儒斯特角，即θB+Δθ，其中Δθ為偏離布儒斯特角的角度，Δθ可以接近0度。由于所述光線為P偏振光，所述閉合光路101中的光線在穿過所述第二面1022時發(fā)生近似全折射。此時，所述閉合光路101為折線型循環(huán)閉合光路101。
[0148] 請參閱圖17，在本申請一個具體的實施方式中，所述反射鏡102包括第一反射鏡102、第二反射鏡102以及第三反射鏡102。所述第一反射鏡102、所述第二反射鏡102以及所述第三反射鏡102均具有第三面1023。所述第三面1023同樣用于將所述第一面1021與待測樣品隔離。所述第三面1023與所述第二面1022可以直接與待測樣品直接接觸。所述第二面1022用于在閉合光路101中為當(dāng)前反射鏡102接收光線，所述第三面1023用于在閉合光路101中為當(dāng)前反射鏡102發(fā)出光線。以圖X所示為例，所述接收部400與所述發(fā)出部500位于同一所述反射鏡102的第二面1022及第三面1023上，當(dāng)然本申請并不以此為限。在本實施方式中，所述閉合光路101為環(huán)形循環(huán)閉合光路101，可以極大程度的增加閉合光路101中光線的光程，進(jìn)而提高諧振器100的檢測靈敏度。
[0149] 需要指出的是，所述光學(xué)元件包括至少兩個所述反射鏡102時并不限于上述舉例，也可以如圖18及圖19所示所述光學(xué)元件包括三個非直線排布的所述反射鏡102并將諧振器100內(nèi)的光線形成三角形閉合光路101，還可以如圖20或圖21所示所述光學(xué)元件包括四個所述反射鏡102并將諧振器100內(nèi)的光線形成“口”型循環(huán)閉合光路101或“8”字形循環(huán)閉合光路101；當(dāng)然所述光學(xué)元件還可以包括四個所述反射鏡102并將諧振器100內(nèi)的光線形成“Z”字形循環(huán)閉合光路101。所以所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在本申請技術(shù)精髓的啟示下，還可能做出其它變更，但只要其實現(xiàn)的功能和效果與本申請相同或相似，均應(yīng)涵蓋于本申請保護(hù)范圍內(nèi)。
[0150] 還需要指出的是，通過所述光學(xué)元件能夠旋轉(zhuǎn)和/或平移。具體的，同一數(shù)量所述反射鏡102所組成的閉合光路101可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，比如圖14至圖16中，通過所述反射鏡102的旋轉(zhuǎn)即可得到上述三種閉合光路101，同時將光源和探測器的位置適應(yīng)性調(diào)節(jié)即可；
再比如圖20與圖21中，通過所述反射鏡102的旋轉(zhuǎn)即可將“口”型循環(huán)閉合光路101與“8”字形循環(huán)閉合光路101完成轉(zhuǎn)換。同時，通過平移所述光學(xué)元件，可以調(diào)控相鄰所述反射鏡
102之間的間距，便于測定樣品過程中實時調(diào)控。
[0151] 本實施方式中，使用所述光學(xué)元件形成的諧振器100的品質(zhì)因素可用Q值來表示，定義為每周期內(nèi)存儲能量除以損耗的能量。Q值越高，諧振器100存儲能量的性能就越好，于是空腔諧振器100的靈敏度就越高。根據(jù)本申請以上描述，在所述光學(xué)元件中，至少一個所述反射鏡102能夠旋轉(zhuǎn)和/或平移，進(jìn)而在上述實施方式中，可以通過旋轉(zhuǎn)和/或平移所述反射鏡102調(diào)整反射損耗從而可對Q值和耦合進(jìn)行控制。每一個玻璃表面的反射損耗取-4 2決于菲涅爾定律，損耗值約為10 δθ，δθ為偏離布儒斯特角的大小。
[0152] 為使所述光學(xué)元件所形成的閉合光路101保持穩(wěn)定，控制光線在反射面所形成的衍射，在一個實施方式中可以設(shè)置所述光學(xué)元件中至少一個所述反射鏡102的一個面應(yīng)為曲面，即所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面為曲面。為了進(jìn)一步校正光束斜入射時導(dǎo)致的像散，曲面的曲率和光束之間需滿足消像散條件，參考應(yīng)用光學(xué)的知識及借助光學(xué)設(shè)計軟件可以解出所述曲面的曲率。
[0153] 具體的，如圖11所示，所述曲面可以為將所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面通過光學(xué)加工形成。所述光學(xué)加工可以為對所述第一面1021、所述第二面1022以及所述第三面1023中的至少一個面進(jìn)行物理加工，例如打磨、拋光等。進(jìn)一步的，如圖12所示，所述曲面還可以為通過折射率系數(shù)相匹配的光學(xué)膠合劑將透鏡70與所述第一面
1021、所述第二面1022中的至少一個面膠合形成。所述光學(xué)膠合劑的折射率系數(shù)可以約等于所述曲面的折射率。所述透鏡70與所述反射鏡102的折射率可以相同，也可以不同，本申請并不以此為限。
[0154] 此外，所述曲面也可以為將透鏡70與所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面通過光學(xué)接觸形成。所述光學(xué)接觸為將透鏡70的一面及所述第一面1021、所述第二面1022中的至少一個面打磨光滑，然后將兩者擠壓接觸，進(jìn)而通過分子之間的吸力將所述透鏡70與所述反射鏡接合。
[0155] 為了更進(jìn)一步的提高耦合效率，減少光束在諧振器100的損耗，光束的模式與諧振器100的模式需滿足匹配條件，即耦合到光學(xué)諧振器100的光線的腰斑半徑及位置與諧振器100的腰斑半徑及位置完全重合。模式匹配的條件可用采用上述一般原理中記載的BCD矩陣來計算。
[0156] 請參閱圖13、圖17，在一個較佳的實施例中，所述諧振器100還可以包括有匹配光學(xué)件，所述匹配光學(xué)件能將光線與諧振器100的模式匹配。具體的，所述匹配光學(xué)件包括位于閉合光路101上的匹配透鏡80和/或用于將光線耦合至所述接收部400的光學(xué)件90，所述光學(xué)件90包括至少一個耦合透鏡和/或至少一個耦合反射鏡。
[0157] 請繼續(xù)參閱圖13，所述匹配透鏡80可以位于閉合光路101的光線上。所述匹配透鏡80的數(shù)量可以為一個也可以為多個，且，所述匹配透鏡80可以位于光路上的任意位置。
[0158] 請繼續(xù)參閱圖17，所述光學(xué)件90用于將光線耦合至所述接收部400。所述光學(xué)件90能將光源發(fā)出的光線與諧振器100的模式匹配。所述光學(xué)件90能將光線以非布儒斯特角入射至所述接收部400。所述非布儒斯特角可以為近布儒斯特角。所述光學(xué)件90可以設(shè)于光源與所述接收部400之間。具體的，所述光學(xué)元件可以包括至少一個透鏡70或至少一個反射鏡。
[0159] 需要指出的是，上述幾個實施方式僅為將光束的模式設(shè)置與諧振器100的模式滿足匹配條件的舉例性質(zhì)的實施方式，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在本申請技術(shù)精髓的啟示下，還可能做出其它變更，但只要其實現(xiàn)的功能和效果與本申請相同或相似，均應(yīng)涵蓋于本申請保護(hù)范圍內(nèi)。
[0160] 請參閱圖22，本申請一個實施方式還提供一種光譜測量儀，包括：如上任一實施方式所述的諧振器100。
[0161] 所述光譜測量儀的所用的測量方法為光學(xué)方法，包括但不限于：吸收光譜、拉曼光譜、散射譜、熒光、光聲光譜、激發(fā)譜、傅立葉變換光譜、光頻梳等光譜分析方法。所述光譜測量儀可以包括腔衰蕩光譜測量儀以及腔增強(qiáng)光譜測量儀，所述諧振器100可以較好的應(yīng)用于腔衰蕩光譜測量儀以及腔增強(qiáng)光譜測量儀中。所述光譜測量儀可以包括光源控制模塊200、光源模塊201、外光路調(diào)整模塊202、所述諧振器100、諧振器監(jiān)測模塊203、諧振器控制模塊208、樣品預(yù)處理模塊204、光電探測模塊205、數(shù)據(jù)采集和處理模塊206、數(shù)據(jù)和圖像輸出模塊207。需要特別說明的是，圖17中所示的各測量模塊可根據(jù)實際測量需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少，如待測樣品不需要預(yù)處理時，樣品預(yù)處理模塊204可以省略。
[0162] 所述光源控制模塊200用于控制光源模塊201的打開或關(guān)閉、頻率調(diào)制、電流調(diào)諧、溫度調(diào)諧等功能。
[0163] 所述光源模塊201根據(jù)探測技術(shù)和使用要求的不同可以有不同的形式，包括但不限于激光光源、寬帶光源、不同頻率激光光源的組合，激光光源和寬帶光源的組合等。
[0164] 所述外光路調(diào)整模塊202用于改變光的偏振性質(zhì)、光束的發(fā)散角、光場的能量分布等，并反饋信號給光源控制模塊200，所述外光路調(diào)整模塊202包括但不限于起偏裝置、光學(xué)耦合、切光裝置等。
[0165] 所述諧振器100為光學(xué)延遲系統(tǒng)，用于增加光的傳播路徑、增加光程，提高系統(tǒng)測量靈敏度，所述諧振器100包括但不限于多次反射室、光學(xué)諧振腔等。所述諧振器100包括有如上所述的光學(xué)元件。
[0166] 所述諧振器監(jiān)測模塊203用于監(jiān)控反射腔101的工作狀態(tài)、故障告警、在線實時標(biāo)定諧振器100的等效吸收光程，并提供監(jiān)測信號給諧振器控制模塊208。
[0167] 所述諧振器控制模塊208用于根據(jù)諧振器監(jiān)測模塊203提供的監(jiān)測信號在線實時校正諧振器100內(nèi)光學(xué)器件的相對位置關(guān)系，諧振器控制模塊208包括但不限于至少一塊PZT或其他具有平移旋轉(zhuǎn)功能的機(jī)械結(jié)構(gòu)或裝置或其組合來實現(xiàn)，從而改變諧振器100光學(xué)器件的相對位置關(guān)系。
[0168] 所述樣品預(yù)處理模塊204用于對待測樣品進(jìn)行預(yù)處理，所述樣品預(yù)處理模塊204包括但不限于加熱待測樣品、濾除樣品中的水分、濾除樣品中與測量無關(guān)的其他雜質(zhì)、濾除粉塵等；
[0169] 所述光電探測模塊205用于接收和探測諧振器100輸出的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，進(jìn)行信號的濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理。
[0170] 所述數(shù)據(jù)采集和處理模塊206采集轉(zhuǎn)化后的光電數(shù)字信號，并進(jìn)行平均、濃度計算等光譜信號處理。
[0171] 所述數(shù)據(jù)和圖像輸出模塊207用于輸出樣品的光譜線、分子光譜吸收強(qiáng)度、濃度值等數(shù)據(jù)和圖像信息。需要說明的是，所述數(shù)據(jù)和圖像輸出模塊207的設(shè)置是為了顯示元素濃度等信息，其形式和結(jié)構(gòu)不受限制。
[0172] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
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