[发明专利]光学多程池

说明书

本公开涉及一种红外光谱仪，该红外光谱仪包括：第一和第二相对反射器，该第一和第二相对反射器被以一段间隔长度间隔开；以及多个离散的凹形反射小面，该反射小面是相对反射器中的至少一个反射器的小面。红外激光源被布置为形成激光束。相对反射器被布置为使得激光束从相对反射器中的每个反射器交替反射，包括被反射小面中的每个反射小面反射至少一次。检测器被布置为检测激光束在从多个反射小面中的每个反射小面反射之后的光谱特性，并且分析器随后根据检测出的光谱特性来确定布置在第一和第二相对反射器之间的样品的特性。

技术领域

本发明涉及例如，用在红外光谱技术(诸如，红外吸收光谱法)中的光学多程池。

背景技术

光学多程池(multi-pass cell)提供了光束通过空间的重复反射。它们可以用于多种目的，例如，光学延迟线和激光光谱法。例如，在红外光谱法的情况下，可能希望增加激光束穿过样品的路径长度，以增加样品对激光束的影响。这样的影响可以包括红外吸收光谱法中对特定激光束波长的吸收或诸如光谱特征的线宽或波长的微小变化的其他影响。

对于某些应用，期望能够提供一种在光学多程池的长度和/或宽度方面更紧凑的光学多程池，并且能够提供一种更加稳定、易于制造等的多程池。同时，通常希望使激光束在多程池内的不必要的光学损失最小化。例如，此类损失可能由于该池中的反射小面(facet)的反射率低于理想反射率以及其他影响而产生。

本发明解决了相关现有技术的问题和限制。

发明内容

本发明试图提供一种紧凑的多程池，适合用于诸如激光光谱法(包括红外光谱法，例如，红外吸收光谱法或色散光谱法)的应用，尽管该池可用于如下所述的各种其他应用。通常，这样的池至少包括第一和第二相对反射器，每个反射器具有多个反射小面和/或平面反射部分，如下文各种描述，并且该池例如可以被认为是这些反射器以及反射器之间的空间的组合，这种组合用于激光束在这些小面之间的多次穿过。如果需要，该池还可以包括被布置为至少在反射器之间的空间中保留样品(通常为气体)以进行适当的光学分析的壁，尽管在开放式池布置中，样品气体可以存在于反射器之间，而无需用壁形成完全封闭的部分(如果需要)。

本发明的各方面涉及对多小面的光学器件的数值建模并通过此数值建模被描述，以例如通过减少激光束在所定义的反射小面表面之外的入射来促进激光束在反射器之间的更高约束。

具体地，根据一方面，本发明提供了一种红外光谱仪，该红外光谱仪包括：第一和第二相对反射器，该第一和第二相对反射器被以一段间隔长度间隔开，每个反射器包括多个离散的凹形反射小面；红外激光源，被布置为形成激光束；第一和第二反射器的反射小面被布置为使得激光束通过从第一和第二相对反射器中的每个反射器的反射小面交替反射而从多个反射小面中的每个反射小面反射至少一次；检测器，被布置为检测激光束在从多个反射小面反射之后的光谱特性；以及分析器，被布置为根据检测出的光谱特性来确定设置在第一和第二相对反射器之间的样品的特性。样品通常可以是气体、液体、或其他流体，尽管可以使用其他样品类型。

根据另一方面，本发明提供了一种红外光谱仪，该红外光谱仪包括：第一和第二相对反射器，该第一和第二相对反射器被以一段间隔长度间隔开；多个离散的凹形反射小面，这些反射小面是相对反射器中的至少一个反射器的小面；红外激光源，被布置为形成激光束；这些相对反射器被布置为使得激光束从这些相对反射器中的每个反射器交替反射，包括被这些反射小面中的每个反射小面反射至少一次；检测器，被布置为检测激光束在从多个反射小面中的每个反射小面反射之后的光谱特性；以及分析器，被布置为根据检测出的光谱特性来确定设置在第一和第二相对反射器之间的样品的特性。

在任一方面中，这些离散的凹形反射小面在每个这样的小面与相邻小面不连续的意义上可被认为是离散的。这可以例如通过表述在相邻的凹形小面之间需要凸曲率来表示，尽管凹曲率可以以凸边缘和/或更缓慢地弯曲的凸形样子的形式来提供。