OPTICAL PATH CONTROL DEVICE AND TERAHERTZ TIME-DOMAIN SPECTROMETER

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种光程控制装置及应用该光程控制装置的太赫兹时域光谱仪。

太赫兹时域光谱技术是20世纪80年代中后期发展并新兴的、非常有效的一种电磁辐射位相相干探测技术。相对于传统的光谱学技术，太赫兹时域光谱技术因具有信噪比高、稳定性好、可有效探测材料在太赫兹波段的物理和化学信息、测量方便有效且对样品无损、探测灵敏度高、能在室温下稳定工作等优点，而被广泛应用于成像、光谱分析、无损检测、卫星通信等领域。

由于太赫兹时域光谱仪主要用于测量不同样品的折射率、介电常数等数据，随着样品仓的切换，往往伴随着光路的光程变化，因而，太赫兹时域光谱仪中需设置一个光程控制装置以补偿相应光路的光程变化。传统的光程控制装置通过在步进电机的平移台上搭建一组对称的反射镜以实现光路的180度转折，并通过步进电机驱动平移台移动从而达到补偿光路光程变化的目的，然而，该装置占用空间大且有效光程调节范围小，并不适用于小型化、系统化、商业化的太赫兹时域光谱仪中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光程控制装置，旨在解决现有光程控制装置占用空间大且有效光程调节范围小的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光程控制装置，包括：

光线反射机构，所述光线反射机构至少设有两个，所述光线反射机构包括 入光反射镜和出光反射镜，其中，所述入光反射镜用于将沿第一方向前进的光线反射至所述出光反射镜，所述出光反射镜用于将经所述入光反射镜反射的光线沿第二方向反射出去，其中，所述第一方向与所述第二方向反向设置；

光程补偿机构，所述光程补偿机构用于驱动各所述光线反射机构一并沿所述第一方向或所述第二方向往复运动。

进一步地，所述光程控制装置还包括至少一个中间反射机构，两相邻的所述光线反射机构中，一所述光线反射机构反射出的光线通过一所述中间反射机构沿所述第一方向反射出去，且反射至另一所述光线反射机构。

进一步地，所述中间反射机构包括第一中间反射镜和第二中间反射镜，其中，所述第一中间反射镜用于将一所述光线反射机构反射出的光线反射至所述第二中间反射镜，所述第二中间反射镜用于将经所述第一中间反射镜反射的光线沿所述第一方向反射出去，且反射至另一所述光线反射机构。

进一步地，所述光程补偿机构包括用于移动所述光线反射机构一并沿所述第一方向或所述第二方向往复运动的移动机构以及用于驱动所述移动机构启动或制动的驱动装置，所述驱动装置与所述移动机构连接。

进一步地，所述移动机构包括基座，所述基座包括依次连接的基座固定段以及基座配合段，所述基座固定段上开设有若干个用于固定连接所述移动机构的螺纹孔，所述基座配合段设于所述基座固定段之上，所述移动机构还包括滑轨以及与所述滑轨连接并沿所述滑轨滑动的滑块，所述滑轨设于所述基座配合段相对的两侧。

进一步地，所述驱动装置包括用于伸缩带动所述滑块沿所述滑轨往复运动的驱动轴，所述基座配合段设有用于提供所述驱动轴伸缩空间的凹槽，所述驱动轴与所述滑块连接。

进一步地，所述光程补偿机构还包括用于与外部控制器电性连接以控制所述移动机构移动距离的控制端口和/或用于手动调节控制所述移动机构移动距离的微调旋钮，所述控制端口和/或所述微调旋钮与所述驱动装置连接。

进一步地，所述光线反射机构还包括用于安装固定所述入光反射镜的入光安装件以及用于安装固定所述出光反射镜的出光安装件，所述光线反射机构还包括用于调整所述入光反射镜姿态的入光姿态调整组件以及用于调整所述出光反射镜姿态的出光姿态调整组件，所述入光姿态调整组件与所述入光安装件连接，所述出光姿态调整组件与所述出光安装件连接。

进一步地，所述入光姿态调整组件包括用于控制所述入光安装件俯仰的入光俯仰调整机构以及用于控制所述入光安装件旋转的入光旋转调整机构，所述出光姿态调整组件包括用于控制所述出光安装件俯仰的出光俯仰调整机构以及用于控制所述出光安装件旋转的出光旋转调整机构。

本发明的另一目的在于提供一种太赫兹时域光谱仪，包括激光器以及分束片，所述太赫兹时域光谱仪还包括上述的光程控制装置。

本发明的有益效果：

本发明提供的光程控制装置采用至少两个光线反射机构对光线进行反射，扩大了光程有效调节范围，从而避免了需重复搭建光程控制装置以满足其光程补偿需求，并通过光程补偿机构驱动至少两个光线反射机构一并沿第一方向或第二方向往复运动以控制补偿光路的光程，使结构紧凑，缩小该光程控制装置的占用空间，适用于商用化、小型化、便携化的太赫兹时域光谱仪中。

图1是本发明实施例提供的光程控制装置的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的光程控制装置的工作示意图；

图3是本发明实施例提供的光程补偿机构的立体结构示意图；

图4是本发明实施例提供的光线反射机构的立体结构示意图。

附图标记：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

请参阅图1-4，本发明实施例提供了一种光程控制装置，其可用于但不限于太赫兹时域光谱仪中控制泵浦光路或探测光路的光程，在此需要说明的是，太赫兹是指一种频率范围为0.1THz-10THz、波长范围为0.03mm-3mmm的电磁波，在太赫兹波的产生与探测过程中，一般需要两路激光，其一为高能量的泵浦光，用于产生太赫兹波，另一为低能量的探测光，用于探测太赫兹波，在光路设计过程中，为弥补由于太赫兹时域光谱仪切换样品仓所导致的泵浦光路光程变化，需要通过光程控制装置保障两路激光即泵浦光和探测光的光程相等，以更好地探测到太赫兹波。本发明实施例提供的光程控制装置包括至少两个光线反射机构11以及一个光程补偿机构12。

其中，光线反射机构11至少设有两个，光线反射机构11包括入光反射镜111和出光反射镜112，其中，入光反射镜111用于将沿第一方向前进的光线反射至出光反射镜112，出光反射镜112用于将经入光反射镜111反射的光线沿第二方向反射出去，其中，第一方向与第二方向反向设置。在此需要说明的是，光线反射机构11用于实现光路的180度转折，将光线反射机构11设置至少两个以上，可通过光路的转折次数，改变光路的光程。具体地，当沿第一方向前进的光线射入一光线反射机构11的入光反射镜111时，入光反射镜111将该入射光反射至出光反射镜112上，再由出光反射镜112将该光线沿第二方向反射出去，其中，第一方向与第二方向平行且反向设置，在实际应用场景中，光程控制装置外部还设置有至少一个外部反射装置，该外部反射装置用于将一光线反射机构11的出光反射镜112所反射出的光线从第二方向反射转折为沿第一方 向前进的光线，并反射至另一光线反射机构11的入光反射镜111处，以使另一光线反射机构11对该光线再次进行180度转折，从而增加该光线的转折次数，从而改变该光线的光程。在此还需要说明的是，为达到更好的反射效果，一个光线反射机构11中的入光反射镜111和出光反射镜112应垂直对位设置，从而使得射入入光反射镜111中心的入射光经入光反射镜111反射后能经过出光反射镜112的中心后，由出光反射镜112反射而出，此外，优选地，多个光线反射机构11之间可但不限于并排设置，并排设置有利于控制该光线反射机构11的有效光程调节范围，也有利于后期使用调试。为便于光线反射机构11的安装，光程控制装置还包括一支撑件，至少两个光线反射机构11固定于该支撑件之上，该支撑件有一定的平面度要求，避免影响光线反射机构11的效果。

光程补偿机构12用于驱动各光线反射机构11一并沿第一方向或第二方向往复运动。在此需要说明的是，当光程补偿机构12驱动各光线反射机构11一并沿第一方向运动时，光路经光线反射机构11进行180度转折后，增加了其光路的光程，同时，其增加的光程等于光程补偿机构12驱动各光线反射机构11沿第一方向的移动距离与其设置的光线反射机构11的数量的乘积的两倍；反之，当光程补偿机构12驱动各光线反射机构11一并沿第二方向运动时，光路经光线反射机构11进行180度转折后，减小了其光路的光程，同时，其缩小的光程等于光程补偿机构12驱动各光线反射机构11沿第二方向的移动距离与设置的光线反射机构11的数量的乘积的两倍。而整个光程控制装置的有效光程调节范围即为光程补偿机构12驱动各光线反射机构11的最长移动距离与该装置中设置的光线反射机构11的数量的乘积的两倍。在此还需要说明的是，该光程补偿机构12可通过但不限于小型化电机或电磁装置提供驱动力以驱动各光线反射机构11一并沿第一方向或第二反向往复运动。

本发明实施例提供的光程控制装置采用至少两个光线反射机构11对光线进行反射以增加该光线的转折次数，扩大了其光程有效调节范围，其有效光程调节范围为光程补偿机构12驱动各光线反射机构11的最长移动距离与该装置 中设置的光线反射机构11的数量的乘积的两倍，从而避免了需重复搭建光程控制装置以满足其光程补偿需求，并通过光程补偿机构12驱动至少两个光线反射机构11一并沿第一方向或第二方向往复运动以控制补偿光路的光程，使结构紧凑，缩小该光程控制装置的占用空间，适用于商用化、小型化、便携化的太赫兹时域光谱仪中。

请参阅图2，在本实施例中，光程控制装置还包括至少一个中间反射机构13，两相邻的光线反射机构11中，一光线反射机构11反射出的光线通过一中间反射机构13沿第一方向反射出去，且反射至另一光线反射机构11。在此需要说明的是，当光线经光线反射机构11中的出光反射镜112沿第二方向反射而出时，可通过中间反射机构13将其光线在此进行180度转折，即从第二方向反向变为第一方向，使得该光线反射至另一光线反射机构11中的入光反射镜111。在此还需要说明的是，中间反射机构13的数量等于光线反射机构11的数量减一。

请参阅图2，在本实施例中，中间反射机构13包括第一中间反射镜131和第二中间反射镜132，其中，第一中间反射镜131用于将一光线反射机构11反射出的光线反射至第二中间反射镜132，第二中间反射镜132用于将经第一中间反射镜131反射的光线沿第一方向反射出去，且反射至另一光线反射机构11。在此需要说明的是，当光线经光线反射机构11中的出光反射镜112沿第二方向反射至第一中间反射镜131的中心时，第一中间反射镜131将该光线反射至第二中间反射镜132，再由第二中间反射镜132反射至下一光线反射机构11，中间反射机构13实现了光线从第二方向至第一方向的180度转折。

请参阅图1、3，在本实施例中，光程补偿机构12包括用于移动光线反射机构11一并沿第一方向或第二方向往复运动的移动机构121以及用于驱动移动机构121启动或制动的驱动装置122，驱动装置122与移动机构121连接。在此需要说明的是，本实施例中，驱动装置122可为但不限于为电机驱动装置122，驱动装置122以一定频率驱动移动机构121带动光线反射机构11一并沿第一方 向或第二方向往复运动，即在驱动装置122的驱动作用下，移动机构121将以均匀移动速度和移动距离带动光线反射机构11沿第一方向或第二方向移动，从而达到控制光路的光程的目的。

请参阅图1、3，在本实施例中，移动机构121包括基座1211，基座1211包括依次连接的基座固定段1212以及基座配合段1213，基座固定段1212上开设有若干个用于固定连接移动机构121的螺纹孔，基座配合段1213设于基座固定段1212之上，移动机构121还包括滑轨1214以及与滑轨1214连接并沿滑轨1214滑动的滑块1215，滑轨1214设于基座配合段1213相对的两侧。在此需要说明的是，基座1211整体呈凹字状，基座1211的底部为基座固定段1212，该基座固定段1212上开设有若干螺纹孔，用于实现光程控制装置整体的可拆卸连接，基座配合段1213设于基座固定段1212的上方，基座配合段1213与移动机构121的移动方向平行的两侧面上开设有用于与滑块1215连接配合的滑轨1214，当滑块1215与滑轨1214滑动配合时，基座配合段1213的顶端也对滑块1215起到支撑作用。安装固定于支撑件上的光线反射机构11通过支撑件与滑块1215可拆卸连接，在驱动装置122的作用下，滑块1215将带动支撑件从而带动光线反射机构11沿滑轨1214往复移动。

请参阅图1、3，在本实施例中，驱动装置122包括用于伸缩带动滑块1215沿滑轨1214往复运动的驱动轴1221，基座配合段1213设有用于提供驱动轴1221伸缩空间的凹槽1216，驱动轴1221与滑块1215连接。在此需要说明的是，驱动装置122包括驱动轴1221，在驱动装置122启动的情况下，驱动轴1221将进行一定的伸缩，即当光程控制装置需扩大光路的光程时，驱动轴1221伸展带动与驱动轴1221固定连接的滑块1215沿滑轨1214往第一方向滑动；当光程控制装置需缩小光路的光程时，驱动轴1221收缩带动与驱动轴1221固定连接的滑块1215沿滑轨1214往第二方向滑动。在此还需要说明的是，由于驱动轴1221需设于滑块1215的底部，故基座配合段1213沿顶部中间凹陷形成一凹槽1216，以供驱动轴1221置于其中，以提供驱动轴1221所需的伸缩空间。

请参阅图1、3，在本实施例中，光程补偿机构12还包括用于与外部控制器电性连接以控制移动机构121移动距离的控制端口123和/或用于手动调节控制移动机构121移动距离的微调旋钮124，控制端口123和/或微调旋钮124与驱动装置122连接。在此需要说明的是，驱动装置122以一定频率驱动移动机构121带动光线反射机构11一并沿第一方向或第二方向往复运动，即在驱动装置122的驱动作用下，移动机构121将以均匀移动速度和移动距离带动光线反射机构11沿第一方向或第二方向移动。因此，为控制驱动装置122的频率或移动机构121的移动速度和移动距离，设置一控制端口123，该控制端口123一端与驱动装置122电性连接，另一端与外部控制器连接，如太赫兹时域光谱仪中的主机电性连接，和/或设置一微调旋钮124，该微调旋钮124设于驱动装置122背离移动机构121的另一侧。其中，当同时设置有控制端口123和微调旋钮124且通过控制端口123实现控制的情况下，微调旋钮124将随之转动以不影响移动机构121的移动速度和移动距离；当不通过控制端口123实现控制的情况下，通过手动调节微调旋钮124，控制移动机构121的移动速度和移动距离。

请参阅图1-2、4，在本实施例中，光线反射机构11还包括用于安装固定入光反射镜111的入光安装件113以及用于安装固定出光反射镜112的出光安装件114，光线反射机构11还包括用于调整入光反射镜111姿态的入光姿态调整组件115以及用于调整出光反射镜112姿态的出光姿态调整组件116，入光姿态调整组件115与入光安装件113连接，出光姿态调整组件116与出光安装件114连接。在此需要说明的是，入光安装件113和出光安装件114上均开设有与入光反射镜111或出光反射镜112尺寸相适配的安装孔，且安装孔的边沿间隔设有用于与入光反射镜111或出光反射镜112实现紧密卡接的弹性件；入光姿态调整组件115设于入光安装件113背离入光反射镜111用于光线反射的另一面，入光姿态调整组件115与入光安装件113抵接，入光姿态调整组件115用于调整入光安装件113从而达到调整入光反射镜111的姿态，以使入光反射 镜111能更好地将射入该入光反射镜111的光线以合适的角度反射出去；同理，出光姿态调整组件116设于出光安装件114背离出光反射镜112用于光线反射的另一面，出光姿态调整组件116与出光安装件114抵接，出光姿态调整组件116用于调整出光安装件114从而达到调整出光反射镜112的姿态，以使出光反射镜112能更好地将射入该出光反射镜112的光线以合适的角度反射出去。

请参阅图1-2、4，在本实施例中，入光姿态调整组件115包括用于控制入光安装件113俯仰的入光俯仰调整机构以及用于控制入光安装件113旋转的入光旋转调整机构，出光姿态调整组件116包括用于控制出光安装件114俯仰的出光俯仰调整机构以及用于控制出光安装件114旋转的出光旋转调整机构。在此需要说明的是，入光姿态调整组件115包括入光俯仰调整机构以及入光旋转调整机构，其中入光俯仰调整机构用于控制入光安装件113俯仰角度，通过调整入光俯仰调整机构可使入光安装件113沿竖直的中轴线进行翻转，入光旋转调整机构用于控制入光安装件113旋转，通过调整入光旋转调整机构可使入光安装件113沿水平的中轴线进行旋转，同理，出光俯仰调整机构用于控制出光安装件114俯仰角度，通过调整出光俯仰调整机构可使出光安装件114沿竖直的中轴线进行翻转，出光旋转调整机构用于控制出光安装件114旋转，通过调整出光旋转调整机构可使出光安装件114沿水平的中轴线进行旋转。优选地，入光俯仰调整机构、入光旋转调整机构、出光俯仰调整机构以及出光旋转调整机构可为但不限于微调螺钉。

本发明实施例提供的光程控制装置通过支撑件将安装于其上的至少两个光线反射机构11与滑块1215实现连接，并通过驱动装置122控制驱动轴1221的伸缩从而带动连接于其上的滑台沿滑轨1214向第一方向或第二方向往复滑动，从而实现对光路的光程控制，扩大了光程有效调节范围，此外还通过控制端或微调旋钮124，对移动机构121的移动速度和移动距离进行控制。本发明实施例提供的光程控制装置结构紧凑，缩小该光程控制装置的占用空间，扩大了光程有效调节范围，且其有效光程调节范围为光程补偿机构12驱动各光线反 射机构11的最长移动距离与该装置中设置的光线反射机构11的数量的乘积的两倍，避免了需重复搭建光程控制装置以满足其光程补偿需求，使其适用于商用化、小型化、便携化的太赫兹时域光谱仪中。

本发明实施例的另一目的在于提供一种太赫兹时域光谱仪，包括激光器以及分束片等，该太赫兹时域光谱仪还包括上述的光程控制装置。其中，激光器用于产生激光，分束片用于将经过其中的激光分为泵浦光和探测光，光程控制装置用于弥补由于太赫兹时域光谱仪切换样品仓所导致的泵浦光路光程变化，需要通过光程控制装置保障两路激光即泵浦光和探测光的光程相等，以更好地探测到太赫兹波。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。