CN106773018B - 一种红外可变孔径光阑 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种红外可变孔径光阑，可以用于红外光路的调节。鉴于红外光束的肉眼不可见的特点，为了方便红外光路的调节，采用红外荧光材料，配合金属不透光材料，建造了一种红外可变孔径光阑。这种红外可变孔径光阑的旋转叶片具有类似于三明治的结构，中间为不透明金属片，两侧涂有能够在红外光照射下发出可见光的荧光材料。这种红外可变孔径光阑一方面可以调节孔径大小，另一方面可以直接显示出红外光束的位置，兼具了红外荧光显示卡和普通可变孔径光阑的特点。这种红外可变孔径光阑结构简单、易于实现，可以极大地方便红外光路的调节过程。

Description

一种红外可变孔径光阑
技术领域
本发明涉及精密光学机械领域和工程光学领域，具体涉及一种用于红外光路调节的红外可变孔径光阑。
背景技术
光学领域从业人员在调节光路时，经常需要调节激光光束的方向，使其按照特定的路线穿行(一般由两个小孔构成一条直线，使得激光沿着这条直线运行)。
普通商业有售的可变孔径光阑，其旋转叶片一般是由涂覆黑漆的软铜材料制造而成，可见光束打在光阑叶片上时可以用肉眼观察到光斑，但红外光束却无法在光阑上显示出光斑。因此，对于肉眼可见的激光，非常容易观察其位置，调节起来较为容易。但对于肉眼不可见的激光，由于肉眼看不见其位置，调节起来就非常困难了。
实践中，经常会遇到需要对红外光路进行调节的情况，在对红外光光路进行调节时，需要操作人员时不时地用红外检测卡放在光阑小孔的前面来确定调节前后的激光束位置。遗憾的是，红外检测卡放置在光阑小孔时却会挡住激光束，不利于观察红外激光束穿越光阑小孔后的行进路线，也无法准确地判断光束是否恰好穿过了光阑小孔。
另外，腔增强吸收光谱技术在大气污染痕量气体检测中发挥着越来越大的作用，这种新型的吸收光谱技术一般采用体积小巧、价格亲民的近红外区域半导体激光器，这种近红外激光是肉眼看不到的，因此在将它耦合进入高精细度光腔时会面临一定的困难，通常费时又费力。
要解决这个问题，最好的方法是在光阑旋转叶片的两侧涂覆一层上转换发光材料。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。上转换荧光材料是一种在红外光激发下能发出可见光的发光材料，即把红外光转换为可见光的材料，其特点是所吸收的光子能量低于发射的光子能量，这种材料又称为反Stokes发光材料。
鉴于普通可变孔径光阑无法直接显示红外激光束位置，而普通红外荧光检测卡在使用时会挡住红外激光束的穿行，因此为了方便红外光路的调节，需要设计一种新型的对红外光束有响应的可变孔径光阑。这种红外可变孔径光阑在对近红外、红外等光路进行调节时将发挥很大的作用，能够更快速地将肉眼无法看到的红外光准确地耦合进入腔增强吸收光谱技术中的高精细度光腔。
发明内容
为了克服普通可变孔径光阑对红外光没有响应，无法实时观察红外光束光斑移动路线的缺点，本发明提供一种能够直接观察红外光束光斑位置的红外可变孔径光阑，使得红外光束打在光阑上时能够发出可见光，在调节激光束方向时能够在光阑上直接地观察到激光光束方向的实时变化情况。
为了实现上述目的，本发明提出了一种红外可变孔径光阑，包括旋转叶片，其特征在于：于旋转叶片的两侧表面均设有红外荧光材料层。
所述的红外可变孔径光阑，还包括相互叠合的圆环状支撑架和圆环状旋转盘，所述环状支撑架上均匀分布有6个以上的圆型通孔，所述环状旋转盘与支撑架相对一侧表面上沿径向均匀分布有6个以上的凹槽。
所述的红外可变孔径光阑，于旋转盘的侧壁上固定有定位杆，定位杆可以带动旋转盘进行转动。
所述旋转叶片的形状为小于二分之一的圆环，于圆环的左端下表面和右端上表面分别设有一个固定销钉，一个销钉固定在支撑架的一个圆型通孔上，另一个销钉固定在旋转盘的一个凹槽内。
所述旋转叶片由不透明金属薄片制成，两侧均涂覆有红外荧光材料层。
所述旋转叶片、环状支撑架上圆型通孔、环状旋转盘上凹槽的数量相等。
6个以上的旋转叶片在支撑架和旋转盘之间顺时针或逆时针设置。
定位杆带动旋转盘进行转动时，旋转叶片将圆环状支撑架和圆环状旋转盘的中部通孔遮挡或放开。
本发明的有益效果是：
本发明改进了普通可变孔径光阑的旋转叶片的特性，在不透明的旋转叶片两侧涂有红外荧光粉，使之能够在红外光照射下发出可见光。当红外光束打在这种红外可变孔径光阑上时，能够实时地显示出光斑的位置，这极大地方便了光学领域人员调节和对准红外光路的过程，对于红外光路的调节具有重要作用，使得红外光路的调节过程更加方便高效。
附图说明
图1为本发明一种红外可变孔径光阑的各组件示意图；1：支撑架；2：旋转叶片；3：旋转盘。
图2为本发明一种红外可变孔径光阑的旋转叶片(两侧涂覆荧光材料)的断面示意图。
具体实施方式
本发明给出一种红外可变孔径光阑，包括：支撑架，所述支撑架为环状支撑架，其上均匀分布有多个小圆孔；旋转盘，所述旋转盘为环状结构，均匀分布有多条凹槽；定位杆，所述定位杆固定在旋转盘上，可以带动旋转盘进行转动；旋转叶片组合，所述旋转叶片组合由多个旋转叶片组成，所述旋转叶片的形状为小于二分之一的圆环构成，两端分别有一个固定销钉，一个销钉位于，嵌入在支撑架的圆孔内，另一个销钉位于旋转叶片的另一面，嵌入在旋转盘的凹槽内，销钉可以沿着凹槽滑动，所述旋转叶片具有类似于三明治的结构，中间为不透明金属片，不透明金属片的两侧均涂有能够在红外光照射下发出可见光的红外荧光材料。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的说明。
图1是可变孔径光阑各组件示意图。1为环形支撑架，其上均匀分布有14个直径2毫米的小圆孔。3为环形旋转盘，其上均匀分布有14个凹槽，凹槽宽度为2毫米。2为旋转叶片，是一个整圆环的5/14，两端各有一个销钉，分别位于上面和下面，下面的销钉可以***环形支撑架1的小圆孔内(叶片可以绕着此销钉转动)，上面的销钉可以***环形旋转盘的凹槽内，并且此销钉可以在凹槽内滑动。这样，环形支架和环形旋转盘就通过旋转叶片的两个销钉连接起来了。
在环形旋转盘的侧面固定有一个定位杆，转动定位杆可以带动旋转盘进行转动。当转动定位杆时，旋转盘也随之转动，旋转盘上的凹槽也会发生移动，从而带动旋转叶片的上面的销钉在凹槽内移动，但是***环形支撑架小孔内的下面的销钉是不会转动的，这样每个旋转叶片的位置就都发生了移动，移动位置后的旋转叶片组合就会形成一个圆形空洞，产生了一个可以透光的光阑小孔。通过转动定位杆，可以改变光阑的孔径大小。
图2是两侧涂覆荧光材料的旋转叶片的断面示意图。本实施例中，中间的不透明基底金属材料采用富有弹性的薄铜片。本实施例中，两侧的红外荧光材料采用上转换发光材料NaYF4：Er,Ho，以Yb作为敏化剂，Ho作为激活剂。这种材料在被红外光照射时，会发出明亮的红光，常被用作红外检测卡的光敏材料。
当红外光束打在这种红外可变孔径光阑上时，就可以观察到光斑的位置。这样在旋转光学调节架调节红外光路时，就可以根据光阑上的光斑实时观察光束的位置，从而更高效地调节红外光路。

Claims (7)

1.一种红外可变孔径光阑，包括6个以上的旋转叶片，其特征在于：于不透明金属旋转叶片的两侧表面均设有红外荧光材料层。
2.按照权利要求1所述的红外可变孔径光阑，还包括相互叠合的圆环状支撑架和圆环状旋转盘，其特征在于：所述环状支撑架上均匀分布有6个以上的圆型通孔；所述环状旋转盘与支撑架相对一侧表面上沿径向均匀分布有6个以上的凹槽。
3.按照权利要求2所述的红外可变孔径光阑，其特征在于：于旋转盘的侧壁上固定有定位杆，定位杆可以带动旋转盘进行转动。
4.按照权利要求2所述的红外可变孔径光阑，其特征在于：所述旋转叶片的形状为小于二分之一的圆环，于圆环的左端下表面和右端上表面分别设有一个固定销钉，一个销钉固定在支撑架的一个圆型通孔上，另一个销钉固定在旋转盘的一个凹槽内。
5.按照权利要求1所述的红外可变孔径光阑，其特征在于：所述旋转叶片由不透明金属薄片制成，两侧均涂覆有红外荧光材料层。
6.按照权利要求2所述的红外可变孔径光阑，其特征在于：所述旋转叶片、环状支撑架上圆型通孔、环状旋转盘上凹槽的数量相等。
7.按照权利要求4所述的红外可变孔径光阑，其特征在于：6个以上的旋转叶片在支撑架和旋转盘之间顺时针或逆时针设置。
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