CN101620011A - 基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置 - Google Patents

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徐晓轩
王斌
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Abstract

一种基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置。该装置包括依次设置在三维微动平台上的扫描物镜和聚焦物镜，聚焦物镜后面设置有一根单模光纤，单模光纤的一端位于聚焦物镜的焦点上，另一端连接光谱仪。三维微动平台带动该装置的光路部分对等离子体火焰进行三维微区共焦扫描。其中：等离子体火焰的某一空间微区中的部分发出的发射光束，经过扫描物镜变成平行光束，传播一段距离后被聚焦物镜聚焦在单模光纤上，单模光纤将光传导到光谱仪中，进行光谱分析，光谱分析的结果表明了被探测微区内的等离子体火焰的温度、气体分布等情况。该装置大大简化了机械结构，减小了体积，具有结构简单，调整方便，价格低廉的特点。

Description

基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置
【技术领域】：
本发明涉及一种等离子体火焰共焦扫描装置。该装置使用单模光纤代替传统共焦扫描装置中的针孔，可以降低成本，简化仪器结构。
【背景技术】：
等离子体火焰普遍用于工业焊接等过程，但是如何测量等离子体火焰的空间温度分布成为等离子体火焰应用中的重点。测量装置的简单、易调整易用、小型化、无很多附件的要求在等离子体火焰原位检测中意义重大。
等离子体火焰是场光源，火焰的每一点都会对于其他邻近点的检测构成杂散光干扰。传统的光学扫描装置主要由物镜、透镜组、普通光纤或者光束排等构成，该装置可以实现扫描，但是存在的问题是采集的光学信号是多层面、多点的综合的结果。采集的信号含有非焦平面上的杂散光线的干扰和焦平面上的非焦点斑的杂散光线的干扰，信号含义模糊不清。
目前主要使用等离子体火焰共焦扫描装置来进行原位检测。传统的共焦扫描装置，主要由照明针孔(发射针孔)、物镜、透镜组、探测针孔、普通光纤或者光束排等构成，该装置可以对聚焦平面上的每一点进行共焦扫描，采集得到焦点或者焦平面的光学信号，但是存在的问题是组件附件太多、太杂，调整太过复杂，小型化不方便，不利于现场原位检测，并且成本较高。
【发明内容】：
本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一种基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置。
本发明提供的基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置，在等离子体火焰传统光学扫描装置的基础上，采用共轭聚焦装置，利用单模光纤进行光束传导，对等离子体火焰进行断层扫描，是一种高灵敏度和高分辨率的装置。该装置包括依次设置在三维微动平台上的扫描物镜和聚焦物镜，聚焦物镜后面设置有一根单模光纤，单模光纤的一端位于聚焦物镜的焦点上，另一端连接光谱仪。等离子体火焰和单模光纤的入射端相对于两个显微物镜(扫描物镜和聚焦物镜)的焦平面是共轭的。
该装置的整体光路部分(包括扫描物镜和聚焦物镜)放置在三维微动平台上，由微动平台带动对等离子体火焰进行三维微区共焦扫描。其中：等离子体火焰的某一空间微区中的部分发出的发射光束，经过扫描物镜变成平行光束，传播一段距离后被聚焦物镜聚焦在单模光纤上，单模光纤将光传导到光谱仪中，进行光谱分析，光谱分析的结果表明了被探测微区内的等离子体火焰的温度、气体分布等情况。
由于单模光纤芯径小，焦平面以外的点被挡在单模光纤之外不能传导，这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面，避免了非焦平面上杂散光线的干扰，这种共聚焦***有效的排除了焦点以外的光信号干扰，提高了分辨率，达到了三维空间定位。该装置所得结果具有高分辨率、高灵敏度、高放大率的特点。
本发明的优点和积极效果：
本发明采用单模光纤，利用单模光纤芯径小的特点，代替传统共焦扫描装置中的针孔，使它起到空间滤波器的作用，构成基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置。单模光纤可以最大限度地阻碍非聚焦平面散射光和聚焦平面上非焦点斑以外的散射光，以保证探测所接受到的光学信号全部来自于火焰光斑焦点位置，因此等离子体火焰上聚集光斑和光谱仪上入射的光斑包含相同信息(两点共轭)。该装置由于去除了针孔，用两个显微物镜代替了原来的光学部分，采用了单模光纤传导，所以可以大大简化机械结构，减小体积，降低成本。具有调整方便，结构简单，价格低廉的特点。
【附图说明】：
图1：基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置。
图中：1.等离子体火焰  2.扫描物镜  3.聚焦物镜  4.单模光纤  5.三维微动平台  6.光谱仪。
【具体实施方式】： 
实施例1：
如图1所示，本发明提供的基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置，包括依次设置在三维微动平台5上的扫描物镜2和聚焦物镜3，聚焦物镜后面设置有一根单模光纤4，单模光纤的一端位于聚焦物镜的焦点上，另一端连接光谱仪6。等离子体火焰和单模光纤的入射端相对于两个显微物镜(扫描物镜和聚焦物镜)的焦平面是共轭的。
该装置的整体光路部分(包括扫描物镜2和聚焦物镜3)放置在三维微动平台5上，由微动平台5带动对等离子体火焰1进行三维微区共焦扫描。其中：等离子体火焰1的某一空间微区中的部分发出的发射光束，经过扫描物镜2变成平行光束，传播一段距离后被聚焦物镜3聚焦在单模光纤4上，单模光纤4将光传导到光谱仪6中，进行光谱分析，光谱分析的结果表明了被探测微区内的等离子体火焰的温度、气体分布等情况。
本实施例中的扫描物镜2采用50倍物镜，数值孔径0.75，聚焦物镜采用40倍物镜，数值孔径0.6，单模光纤的芯直径为10微米。

Claims (2)

1、一种基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置，其特征在于该装置包括依次设置在三维微动平台上的扫描物镜和聚焦物镜，聚焦物镜后面设置有一根单模光纤，单模光纤的一端位于聚焦物镜的焦点上称为入射端，另一端连接光谱仪。
2、根据权利要求1所述的基于单模光纤的等离子体火焰共焦扫描装置，其特征在于等离子体火焰和所述单模光纤的入射端相对于扫描物镜和聚焦物镜的两个焦平面是共轭的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100106