專(zhuān)利名稱：具有正交輸入的光諧振腔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有環(huán)狀光路，更具體地是該光路中具有加入到其中的流體樣 品的光學(xué)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及系統(tǒng)光路的光輸入。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種具有環(huán)狀光路的光學(xué)系統(tǒng)?？梢跃哂杏糜诠鈱W(xué)系統(tǒng)的位于光 路輸入和光源之間的光衍射機(jī)構(gòu)。


圖l是結(jié)束式諧振腔(ring-downcavity)的圖；圖2是具有環(huán)形諧振腔(rmg cavity)的傳殿l系統(tǒng)的圖，該環(huán)形諧振腔可 由一塊或數(shù)塊固體物料制造、形成、加工等獲得；圖3是環(huán)船皆振腔中采用了加工的塊的傳感器系統(tǒng)的圖；圖4是基于本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的傳感器的基擬f遣圖；圖5是具有用于光弓l導(dǎo)的衍射機(jī)構(gòu)的傳感器的亂圖6是衍射機(jī)構(gòu)表面相對(duì)于傳lg^諧振腔(sensor cavity)的輸入表面的入 射角與衍射機(jī)構(gòu)材料在諧振腔的光源的入射光正常輸入時(shí)的折射率的關(guān)系圖 表；圖7是傳繊諧掘空的輸入的圖，示出了光源發(fā)出經(jīng)由衍射饑構(gòu)itA諧振 腔內(nèi)的光路；圖8是與圖7 #14以的圖，示出了光源發(fā)出經(jīng)由衍射機(jī)構(gòu)進(jìn)入傳感器諧振腔 圖9是包括有衍射機(jī)構(gòu)和檢測(cè)器的輸入和輸出的亂圖10和11示出了具有折射率顯著不同的棱鏡但入射光和諧振腔光路角 (cavity light path angle)相同的輸入；圖12和13是衍射機(jī)構(gòu)的示例圖，該機(jī)構(gòu)可形鵬與圖3所示相同的加工的土央諧振腔(block cavity)的輸入上；以及圖14是用作諧振腔結(jié)束傳麟的裝置的諧振腔的應(yīng)用曲線圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，可調(diào)諧激光器61可以耦合至三反射鏡光學(xué)結(jié)束式諧振腔62。 其中一塊劍寸鏡，例如反射鏡72可具有稍高的曲率半徑以改善穩(wěn)定性，以便光 束66不會(huì)離開(kāi)諧振腔。諧振腔62可以是i央狀環(huán)形諧振腔(block ring cavity), 或可選地，是與激光系統(tǒng)的諧振腔類(lèi)似的但不必具有穿過(guò)其中的兩個(gè)激光器的 環(huán)形諧振腔。諧振腔62可具有兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)反射鏡或任意其它數(shù)目的反射 鏡，只要能給諧振腔中的光從多種可能的路線中選定一種光路即可。還可具有 模擬檢測(cè)電路63以從指數(shù)衰減結(jié)束波形中提取出結(jié)棘率。可利用諧振腔結(jié)束 光譜學(xué)元件或諧振腔62 (CW-CRDS)的連續(xù)波激勵(lì)64方法來(lái)測(cè)S^紅外區(qū)中 氣體的痕量濃度。諧振腔結(jié)束光譜學(xué)可以是一種吸收技術(shù)，其中光64耦合i4A 高銳度光學(xué)共振器62 。諧振腔62可調(diào)諧得可傳感到諧振腔中氣體的吸收線以及 進(jìn)行定量測(cè)量。諧振腔62可調(diào)諧得使光66與入射光64同相。這種調(diào)諧，諸如 調(diào)節(jié)光66的路徑長(zhǎng)度，可適用于其它 斷皆振腔，諸如那些具有兩個(gè)反射鏡、 四個(gè)反射鏡等的。M反射鏡72調(diào)節(jié)器77以及促動(dòng)器(actuator) 79來(lái)調(diào)諧諧 振腔是調(diào)節(jié)的一種方式。類(lèi)似地，光源61可具有調(diào)至諧振腔中氣體吸收線的輸 出波長(zhǎng)。M用包括檢測(cè)器67的檢測(cè)電路63監(jiān)控諧振腔內(nèi)光66的衰減率，可 以確定諧振腔62內(nèi)特定氣體的濃度。檢測(cè)的近紅外光可包含各禾中空氣類(lèi)氣體的 振動(dòng)過(guò)調(diào)躍遷和禁戒電子躍遷。系統(tǒng)60可遵守Beer定律并提供高精度的濃度 測(cè)定。由于高反射介質(zhì)鏡71、 72和73的存在，諧振腔中光66的有效路徑長(zhǎng)度 可以是元件62物理尺寸的大約100倍。反射鏡72可具有調(diào)節(jié)器77來(lái)調(diào)諧光66 在元件62的路徑長(zhǎng)度?？蓪?duì)臨界^^諸如H20、 CO、 NH3、 HF、 HCL、 CH4和0必2進(jìn)行快速痕 量氣體雜質(zhì)測(cè)定。斑巾測(cè)定可在數(shù)秒鐘內(nèi)完成。痕量濕氣濃度可測(cè)量到十億分 之一 (ppb)的級(jí)別至萬(wàn)億分之一 (ppt)的級(jí)別?？烧{(diào)激光器61發(fā)出連續(xù)波(或可能為脈沖)光信號(hào)至元件(cell) 62。信 號(hào)64可被認(rèn)為是信號(hào)66，信號(hào)66在元件62中連續(xù)反射，從反射鏡71至反射 鏡72，至反射鏡73，至反射鏡71等直至信號(hào)66逐漸減小。 一部分光65可離開(kāi)元件62并入射至檢測(cè)器67。檢測(cè)器67將光信號(hào)65轉(zhuǎn)化為電信號(hào)68，其到 達(dá)婁娥識(shí)別和分析單元69。電子控制器74分別發(fā)出控制信號(hào)75、 76和77至可 調(diào)激光器61、檢測(cè)器65和 識(shí)別和分析單元69。同時(shí)，控制信號(hào)90還被發(fā) 送至劍寸鏡72的可移動(dòng)支座79，以獲得光66路徑的可保持性。支座79還可以 是壓電換能器，允許調(diào)節(jié)和調(diào)整元件62的路徑長(zhǎng)度?？衫迷谶^(guò)渡帶上調(diào)諧、接近:特定頻率的激光^l檢測(cè)某種流體。利用系統(tǒng) 62可以測(cè)量處于一些介質(zhì)中的流體濃度。某種流體和相關(guān)的介質(zhì)可:8A端口 78 并從端口79離開(kāi)。端口81可與泵相連接。端口82可用于計(jì)量器。iSA和離開(kāi) 環(huán)形諧振腔的一個(gè)或更多中空的光纖可用^^提供氣體以及將氣體從環(huán)形諧振腔 中排出?？捎貌剪斔固卮?Brewsterwindows)在諧振腔內(nèi)劃分氣體。系統(tǒng)60可進(jìn)行吸收的內(nèi)在測(cè)定。CRDS靈敏度可等于 (At/,)(4,/4J(i/F。cg)1/2 。另一種關(guān)系可能是丄豐 L/[nmmOT(i-w)]~io44。v。通 常多模光的靈敏度在大約1(^至10—1Qcm—J之間，單模光的靈每娘在大約10—9至 10—12cm—]之間。系統(tǒng)62可以建立在MEMS標(biāo)準(zhǔn)具、各種漠女光系統(tǒng)和VCSEL上。 圖2示出了具有環(huán)形諧振腔711的傳感器系統(tǒng)710。諧振腔可由-一塊或數(shù)塊 固體物料制造、形成或加工等獲得。光源712可發(fā)出一束光713 itA諧振腔。 該束光可遵循諧振腔711的路徑714。這里，從瀏覽附圖平面的透視圖來(lái)看光是 沿著逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ?。檢測(cè)器715緊接光713從光源712進(jìn)入諧振腔711的 地方。光源712可例如是可調(diào)激光器。在諧振腔711的角落上可具有反射鏡716、 717和718。反射鏡716局部反 射諧振腔中的光713，因此檢測(cè)器715可檢測(cè)到諧振腔中的部分光，用于分析目 的。反射鏡716上可具有一小孔以輸入和輸出光713。這樣，反射鏡716可完全 反射。光713的檢測(cè)可記錄為強(qiáng)度與時(shí)間、頻率和其他想要的參數(shù)的關(guān)系。檢 測(cè)器l控器715的輸出可連接至數(shù)據(jù)識(shí)別和分析電路719以識(shí)別、分析這些 東西和其他目的，獲得與諧振腔711.內(nèi)的流體樣品有關(guān)的信息。 一個(gè)目的可以 是將激光器712調(diào)節(jié)至樣品的吸收線。輸出至讀取和電子控制器721的檢測(cè)器 可用雙重JFET放大器來(lái)改善性能?？捎闷渌娐穪?lái)處理檢測(cè)器的輸出。讀取和 電子控制器721可控制和激發(fā)光源712。在處理器722上相對(duì)于處理器722與讀 取和電子控制器721以及數(shù)據(jù)識(shí)別和分析電路719之間的連接處均有輸入和輸出。處理器722可連接至外部723， 4吏信號(hào)進(jìn)入或離開(kāi)系統(tǒng)710。用戶界面可使 用讀取和電子控制器721和/或外部723。讀取和電子控制器721、數(shù)據(jù)識(shí)別和分 析電路719和處理器722構(gòu)成電子模塊724。電子模塊724可具有其j也部件?？?具有端口 725來(lái)將流解品輸入和輸出諧振腔711。圖3主要示出了反射鏡安裝裝置310和系統(tǒng)312的光束路，^j"7隹的方法。 系統(tǒng)312包括一個(gè)系統(tǒng)框或塊314。塊314通常是具有六邊形外周的三角形。這 個(gè)形狀可以是正方形、類(lèi)五邊形或其他，連同各種形狀的外圍。六邊形外周包 括無(wú)相鄰邊的三個(gè)平面，分別形職一、第二和第三反射鏡安裝表面316、 318 和320。安裝表面316、 318和320以及側(cè)面321、 322和323分別形成±央314 的平面上和下表面324和326的邊緣。塊314以塊314的圓周內(nèi)部邊界330內(nèi) 的輸入軸328 (與上和下表面324禾n326相垂直)為中心。塊314由玻璃陶瓷或 類(lèi)似材料形成。適宜的i央材料包括以商標(biāo)'Cervit"和"Zerodur"銷(xiāo)售的玻璃陶瓷材 料。適宜的玻璃材料是以商標(biāo)"BK-7"銷(xiāo)售的。從圖3可看出，塊314的內(nèi)部光學(xué)諧振腔332包括三個(gè)基本筆直的孔334、 336和338， ilil三個(gè)圓柱形槽340、 342、 344分別與安裝表面316、 318和320 相互連接。塊314可以是固體的，并加工成可容納各種形狀、通道、洞、孔和 空間以適應(yīng)各禾巾運(yùn)行情況或部件的放置。孑L334和336包括孔徑335和337，分 別定義了希望獲得的閉合閉環(huán)的光學(xué)路徑?？?34、 336和338以及槽340、 342 和344均是從塊314內(nèi)部鉆出的，與位于光學(xué)路徑角落上的安裝表面316、 318 和320形成三角形的閉環(huán)光學(xué)路徑。從圖3可看出，分別具有平坦的反射面361禾fl362的兩個(gè)平面鏡358和360， 分別固定(例如經(jīng)由光接觸、環(huán)氧粘結(jié)或燒結(jié))在第二和第三反射鏡安裝表面 318和320。具有凹陷反射面364的曲面鏡363固定(例如環(huán)氧鏈接或燒結(jié))在 與第一反射鏡安裝表面316相連的反射鏡安裝表面310上。反射鏡358、 360和 363中旨的反射面361 、 362和364在其由光學(xué)諧振腔332確定的閉環(huán)光學(xué)路 徑的各個(gè)角落上反射光束346。反射鏡358和/或反射鏡360可具有部分反射表 面，因it樹(shù)于作為示例性實(shí)施例的諧振腔結(jié)束傳感器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)其各個(gè)端口可 用作輸入和/ii^俞出。非常高靈敏度的痕量氣微測(cè)和鑒定可利照皆振腔結(jié)束技術(shù)實(shí)現(xiàn)，該技術(shù) M環(huán)形激光陀螺帝'j作和對(duì)準(zhǔn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)有成本效益的生產(chǎn)性能。改造環(huán)形;敫光陀螺制作方法(激光器士央(laser block)、反射鏡加工(mirrorfab)、連接和對(duì)準(zhǔn)等等)的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)挪皆振腔結(jié)束氣微觀啲有成本效益的系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有將光耦合入環(huán)形諧振腔和4吏之從環(huán)形諧振腔離開(kāi)的途徑。更具體地，該途徑可弓l導(dǎo)從光源入射的艦常到達(dá)環(huán)形諧振腔的光輸入端口，以便于光源與諧振腔對(duì)準(zhǔn)，隨后插入棱鏡耦合模塊以弓l導(dǎo)光進(jìn)入環(huán)照皆振腔。該途徑的一個(gè)變型包括在光輸入端口之前弓l入的耦合棱鏡的改變，以同樣將諧振腔內(nèi)的光耦合至外部檢測(cè)器，因而使同一個(gè)諧振腔端口可以既是輸入端又是輸出端，而不需要返回被反饋iSA光源的光。
圖4示出了具有三個(gè)角落102和108以RM諧振腔內(nèi)的光的環(huán)形諧振腔103的基本布置圖。這些角落中的每一個(gè)均具有外部拋光表面106。諧振腔103的內(nèi)部128不需要存在。示出的光源101與角落102對(duì)準(zhǔn)，角落102作為輸入具有沿與輸入102的法線接近平行的方向上傳播的光105。圖5是示出光源101 (諸如可調(diào)激光器)與環(huán)形諧振腔103的光輸入端口 102對(duì)準(zhǔn)和插入棱鏡耦合模塊104以弓i導(dǎo)正常情況下的入射光itA諧振腔的方法的圖。
圖7-11示出了具體設(shè)計(jì)的實(shí)施例。圖8示出了相對(duì)于各種介質(zhì)的光方向的角，其可有利于產(chǎn)生符合一整套具體設(shè)計(jì)需求(也就是棱鏡材料、諧振腔角、棱鏡角等)的方法。
本方法和系統(tǒng)可由外部光源IOI (諸如可調(diào)激光器)、迅速熄滅入射光的機(jī)構(gòu)、外部檢測(cè)器和具有高反射率^M鏡的環(huán)形諧振腔103組成。環(huán)形諧振腔應(yīng)具有一個(gè)光輸入端口和光輸出端口和氣體入口禾n出口 。光輸入端口和光輸出端口可以是諧振腔內(nèi)的同一物理端口 。諧振腔內(nèi)的旨輸入輸出端口可以由高反射率反射鏡終止。在環(huán)形諧振腔的光學(xué)路徑上可具有至少一個(gè)額外的高反射率反射鏡。環(huán)形諧振腔可具有數(shù)個(gè)反射鏡。
本系統(tǒng)可利用輸入-輸出棱鏡104以傳感從激光器IOI發(fā)出至單個(gè)檢測(cè)器的結(jié)新皆振腔光和輸入光。本系統(tǒng)可特別需要光源發(fā)出的光101相對(duì)于諧振腔的光輸入端口 102相垂直。這個(gè)待征有助于使激光器101更為容易和精確地對(duì)準(zhǔn)諧振腔103，因而可減少總成本和改善性能。當(dāng)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，棱鏡耦合器104可附在諧振腔上以將入射光105引導(dǎo)至諧振腔。
虛線示出的是諧振腔i央表面106，其具有用于^^端口 102和108的光學(xué)加工(拋光)平面?？砂惭b和調(diào)節(jié)光源101使光束垂直入射到諧振腔端口 102的表面106上，因此反射光可引導(dǎo)回到光源中。在光源101禾口諧振腔103固定
頓準(zhǔn)的位置上的情況下，可將棱鏡耦合器104安裝在諧振腔端口 103上(使其成為光輸入端口)。棱鏡耦合器104的內(nèi)表面可具有高反射率的光學(xué)涂層107，其與表面106相鄰并與之相平行。高反射率反射鏡110可隨后附在乘除附皆振腔端口上。 一個(gè)或多個(gè)劍寸鏡110可具有很小的曲率半徑，以加強(qiáng)諧振腔103的光學(xué)穩(wěn)定性。 一個(gè)或多個(gè)反射鏡110可與一個(gè)傳感器(壓電驅(qū)動(dòng)或另啲方式)相集成，以調(diào)諧諧振腔為光學(xué)諧振的。
圖6標(biāo)出角"a"與折射率XT關(guān)系的曲線圖115。該角是棱鏡外表面109相對(duì)于輸入端口 102的表面106的角或入射光105相對(duì)于棱鏡104的外表面109的法線111所成的角，如圖7所示。入射光105可與輸入端口 102表面106的法線112相平行。光105可與光學(xué)涂層107以及棱鏡104的內(nèi)表面或正面113相垂直，該棱鏡104面向禾口田比鄰輸入端口 102的表面106。這僅僅是確保光束105與端口 102的表面106的法線112相平行的問(wèn)題。由于需要不斷維持使之與法線112相平行或與表面106和113和光學(xué) 余層相垂直，因而不需要相對(duì)于法線112調(diào)整光束105。與對(duì)準(zhǔn)光束使其沿著路徑114前進(jìn)相關(guān)的可調(diào)因素包括折射率Q和外表面109與棱鏡104內(nèi)表面113所成的角a。
圖8是示出部件的幾何和物理關(guān)系的圖?？刹扇尸a。入射光105可以沿端口 102的表面106的法線的方向進(jìn)入棱鏡?？删哂邢鄬?duì)于棱鏡104表面109的法線lll。入射光105的路徑可以與法線111成角^。隨著入射光105itA棱鏡104，期每變?yōu)椴扇∨c法線111成角82的路徑的光116。這個(gè)角可利用Snell定律在公式n]sine!,sine2中計(jì)算獲得，其中化是介質(zhì)U8的折射率，該化貢可以是空氣或多少為真空的，n2是棱鏡104的材料的折射率。光116的路徑可與端口表面106的法線112成角63。可以記錄為9尸02+03。光116可在棱鏡表面113出處離開(kāi)棱鏡104，在端口表面106 ^biSA端口 102，使進(jìn)入諧振腔103的光117處于與法線112成角94的路徑114上。角94可:131公式砂11103=03訓(xùn)94計(jì)算獲得，其中ti3是諧振腔103中介質(zhì)的折射率。如圖7所示，如果位于端口 102的表面106上的表面113上的反射涂層，具有不同于ri2或n3的折射率，由于其非常的薄，期各不對(duì)諧振腔114中的光117的路徑產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的影響。使入射光垂直于端口 102的表面106進(jìn)入的本方法的設(shè)計(jì)需考慮光117進(jìn)入諧振腔114的角，使其翻諧振腔114中圍繞的路徑。在圖7的示例性實(shí)施例中，角可以是大約30度的。借助于圖7和8的信息，包括路徑114所在附皆振腔103介質(zhì)的n3、棱鏡材料折射率n2、光105的周?chē)h(huán)境的折射率m、以及表面109與棱鏡表面113所成的角^應(yīng)可被列成表格。
輸入端口102還可以是諧振腔114的輸出端口，如圖9所示。輸入和輸出可集成為一個(gè)公用光耦合器或端口。棱鏡表面113上的高反射涂層107可維持大部分光117M諧振腔環(huán)形光路徑114傳播。然而， 一部分光117可Mil端口 102和棱鏡104以光119離開(kāi)諧振腔103。光119可直接達(dá)到接近棱鏡104表面的檢測(cè)器121，或者檢測(cè)器121可與棱鏡具有一定距離，當(dāng)光119離開(kāi)棱鏡被檢測(cè)器121傳感到前可傳播該特定距離。在可離開(kāi)諧振腔的光中，實(shí)質(zhì)上沒(méi)有光從諧振腔傳播至光源131，即〗tA射光105可具有與環(huán)形諧振腔103端口 102表面相垂直的方向。
在圖9中，如果沒(méi)有棱鏡104，光源131發(fā)出的光束105可繼續(xù)沿著與端口 102表面106相垂直的方向傳播。光束105可入射到表面106的132區(qū)域中。在超出棱鏡104的表面109的點(diǎn)上，光束105可被認(rèn)為是包括從表面區(qū)域132發(fā)出的反射光束的光束133。當(dāng)沒(méi)有棱鏡104時(shí)，光束133可被反射回到光源131中。如果光束105禾卩Z或133超出作為端口 102孔徑的區(qū)域134，由于表面106可延伸超出了孑L徑區(qū)域134，那么光105/133可仍舊被反射回光源131。光束105的距離135應(yīng)足夠大使得光105/133可入射到134外部的區(qū)域。區(qū)域132可以完全位于區(qū)域134之外。光束105/133在表面106上的入射可與孔徑區(qū)域134相距大約距離136。
光源131可放置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙喜⒃谥谱髦C振腔103時(shí)或其后但在棱鏡104放置在端口 102表面106的適當(dāng)位置上之前進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。光源131對(duì)準(zhǔn)的下一個(gè)步驟可以是確定光束105/133距離法線軸112的距離135的量。確定距離135的因素可包括棱鏡104的折射率、表面109相對(duì)于光束105進(jìn)入棱鏡的角oc、光束105沿著與法線112相平行的方向從表面106上的起始點(diǎn)至棱鏡104的表面109的距離137、諧振腔103內(nèi)物質(zhì)的折射率和從棱鏡104出現(xiàn)的光束117相對(duì)于法線112經(jīng)由端口 102 itA諧振腔的角。如果光束105及其隨后的光束116穿過(guò)棱鏡104到達(dá)位于孔徑區(qū)域132中心周?chē)谋砻?06線，距離137的增大可能增大距離135。如果諧振腔103路徑14中的折射率與棱鏡104的折射率相同，那么光束116將繼續(xù)保持筆直線并采取光束路徑138。然而，在光束116離開(kāi)具有其自身折射率的棱鏡104到達(dá)諧振腔103斷皆振腔路徑114的情況下，
光束116可^^具有與空氣相同的折射率附皆振腔103中的光束117。在路徑H4中可具有氣體樣品，使其折射率也與空氣的相類(lèi)似。因此，在諧振腔103中的各種樣品不會(huì)顯著改變諧振腔內(nèi)的折射率。
為了相對(duì)于諧振腔103對(duì)準(zhǔn)光源131 ，諧振腔103端口 102的表面106上可具有預(yù)定的點(diǎn)、標(biāo)記或其4也指示物。由于光束105/133與法線112平行，光源131可在x禾口/或y方向上移動(dòng)，平行于表面106移動(dòng)，使光束105/133入射到區(qū)域132內(nèi)的點(diǎn)上。入射到該點(diǎn)后，光束133可回射到光源131，其影響到光源禾口位于光源所在位置或光源131內(nèi)部的一些類(lèi)型的檢測(cè)器。沿著光束105路徑回到光源的光133還可明顯地影響光源的性能，因而顯示正確的對(duì)準(zhǔn)。在表面106上區(qū)域132內(nèi)的點(diǎn)可以是反射鏡或一些其他反射機(jī)構(gòu)。在將光源131固定在其位置上之前聚焦光束105的區(qū)域內(nèi)可能具有凹口。在區(qū)域132中的對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)還可{^一些 的檢測(cè)器來(lái)代替。還可能由其他方式來(lái)對(duì)準(zhǔn)光源131禾口/或其光束105。光源131可具有提前預(yù)備的固定器，該固定器可以導(dǎo)致在安裝光源131后的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
實(shí)現(xiàn)光源131的預(yù)定對(duì)準(zhǔn)可使本光諧掘空系統(tǒng)具有高成本效益的生產(chǎn)性能。同吋，禾傭環(huán)形激光陀螺部件或諧振腔103的制作還可改善制造本系統(tǒng)的成本效益。
當(dāng)棱鏡104放置至U位置上和光束105、116和117繼續(xù)沿著它們路徑前進(jìn)時(shí)，從諧振腔103回到棱鏡104中的返回光束117，由于反射光學(xué)涂層、薄膜或反射鏡107的半透射性能，可能部分地作為光束119穿過(guò)棱鏡104離開(kāi)諧振腔103并通過(guò)表面139離開(kāi)棱鏡104。光束119可以作為光束141出現(xiàn)。光束141可由檢測(cè)器]21檢測(cè)到。檢測(cè)器121的輸出可連接至處理器(未示出)或用于i亥輸出的分析、計(jì)算、解釋等等類(lèi)似的機(jī)構(gòu)。
梭鏡104可具有以一角度制作、成型或切割的棱鏡104的正面或表面139，以便光束119以法線的方向/J寸表面139。因而，光束141可離開(kāi)棱鏡104以與表面139的法線相平行的方式出現(xiàn)。
在圖10中，與圖9相比，可注意到如果由于更薄棱鏡104的存在距離137更短的話，那么距離135也更短。在圖10中，對(duì)準(zhǔn)不如在圖9的裝置中的那樣有效，因?yàn)樵诠庠?31的對(duì)準(zhǔn)裝置中沒(méi)有棱鏡104，光束105/133可位于端口 102的孑L徑區(qū)域134中，并可 于表面106以便在棱鏡104的安裝前相對(duì)于光源
131的對(duì)準(zhǔn)具有用于確認(rèn)光束105/133的反射鏡、標(biāo)記、檢測(cè)器或者類(lèi)似的機(jī)構(gòu)。然而，具有更^巨離137的更厚的棱鏡104可導(dǎo)致出現(xiàn)較大的距離135，以便對(duì)準(zhǔn)光束105/133可射入在 L徑區(qū)域134的外部區(qū)域中的諧振腔103塊的一部分。
圖10和圖11的圖解看上去彼此比較相似，圖10中棱鏡104的角oc看上去比圖11中棱鏡104的角a更小。圖10的棱鏡可以是硅，而圖11的棱鏡可以是玻璃，兩者的折射率分別是大約4.0和1.5。角ot可分別是大約11.3和50.5度。圖6的曲線圖115示出了角ot和棱鏡折射率Q之間的關(guān)系。
圖12和13是舉例的衍射機(jī)構(gòu)122和123的圖解，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)分別可以是圖10和11的棱鏡104的具體實(shí)現(xiàn)。機(jī)構(gòu)122或123可粘附到諧振腔諸如圖3示出的加工好的±央諧振腔312的輸入上?？捎酶鞣N制造技術(shù)來(lái)使得機(jī)構(gòu)122或123成為諧振腔312的一部分。
圖14是一些在此討論的附圖中示出的用很皆振腔結(jié)束傳感器的裝置附皆振腔的應(yīng)用曲線圖124。該曲線圖示出了振幅和時(shí)間的關(guān)系。在圖9中示出的裝置的檢測(cè)器121可以是多功能檢測(cè)器，其功能之一是傳感諧振腔103的光的強(qiáng)度，如曲線圖124的部分125所示出的。檢測(cè)器121的另一功育g可包括在部分126上耦合至諧振腔以及在供應(yīng)至諧振腔的光在耦合部分126處終止后測(cè)量在部分127之后的諧振腔內(nèi)的光信號(hào)。部分127示出了諧振腔結(jié)束裝置附皆振腔光振幅的衰 咸。振幅和結(jié)束的時(shí)間可提供關(guān)于可位于諧振腔103內(nèi)的流體樣品的信息。同時(shí)，光的波長(zhǎng)和樣品的吸收特性可能非常有用。連同其他項(xiàng)目諸如表格和算法一起的處理器(例如，分別在圖1和2中的處理器63或722)可有助于確定與樣品有關(guān)的信息。
在本說(shuō)明書(shū)中，雖然用另一種方式或時(shí)態(tài)進(jìn)行表述，但一些方面可能是假想性的或預(yù)言性的。
雖然已經(jīng)關(guān)于至少一個(gè)例證性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但在閱讀完本說(shuō)明書(shū)后對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多M和改造是顯而易見(jiàn)的。因此，目的在于所附的權(quán)利要求書(shū)將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)被盡可能寬泛地解釋以包括所有的這些變型和改造。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)系統(tǒng)，包括諧振腔(103)，具有內(nèi)部環(huán)形光路(114)和具有耦合至該光路(114)的輸入(102)；光源(101、131)，用于以與輸入(102)的法線(112)近似平行的方向提供光(105)；以及光衍射機(jī)構(gòu)(104)，其光耦合于光源(101、131)和輸入(102)之間。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中光源(101、 131)相對(duì)于位于諧振腔(103)上的接近輸入(102)的對(duì)準(zhǔn) 指示器(132)對(duì)準(zhǔn)；根據(jù)衍射機(jī)構(gòu)(104)的參數(shù)確定對(duì)準(zhǔn)指示器(132)的位置；以及 在方燈衍射機(jī)構(gòu)(104)之前對(duì)準(zhǔn)光源(101、 131)。
3、 一種傳感方法，包括將來(lái)自光源的光(105)沿與輸入(102)的法線(112)平行的方向提供至 具有閉合光路(114)的腔(103)的輸入(102)處；以及檢測(cè)來(lái)自光路(114)的ilil腔(103)的輸出(102)的光(117、 119、 141);以及其中將光(105)經(jīng)由衍射光學(xué)系統(tǒng)(104)和輸入(102)提供到腔(103)。
4、 一種傳感器系統(tǒng)，包括諧振腔(103)，具有用于光(117)的傳播的環(huán)形路徑(114); 光輸入(102)，其連接至諧振腔(103); 光衍射棱鏡(104)，其光學(xué)連接至輸入(102);以及 光源(101、 131)，用于把光(105)提供至棱鏡(104)，光(105)具有與 輸入(102)的法線(112)近似平行的方向。
全文摘要
一種光學(xué)系統(tǒng)，具有閉合環(huán)形光路以及將與輸入的法線平行方向的光提供至光路的光源。光可經(jīng)由衍射機(jī)構(gòu)提供到輸入。該系統(tǒng)可以是諧振腔結(jié)束傳感器或一些其他光學(xué)裝置。光路可形成在激光陀螺類(lèi)型的諧振腔中。光源可具有與諧振腔輸入附近的點(diǎn)、指示器或標(biāo)記相對(duì)準(zhǔn)的光束。根據(jù)衍射機(jī)構(gòu)和/或諧振腔的參數(shù)來(lái)確定點(diǎn)、指示器或標(biāo)記的位置?？梢怨潭ū３止庠吹墓潭ㄆ?，以便固定器中的光源的放置將自動(dòng)獲得已對(duì)準(zhǔn)的光源。隨后插入衍射機(jī)構(gòu)以進(jìn)一步完成光學(xué)系統(tǒng)的制造。
文檔編號(hào)G01N21/01GK101566558SQ20081014463
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者B·E·科爾, J·A·科克斯, J·D·祖克 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司