專利名稱：一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光譜測(cè)量裝置，具體地涉及一種利用雙包層空芯光子 晶體光纖進(jìn)行泵浦樣品和收集光譜從而進(jìn)行物質(zhì)測(cè)量的光譜測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
熒光測(cè)量在許多生物學(xué)(葉綠素和類胡蘿卜素)、生物醫(yī)學(xué)(熒光病變?cè)\斷) 和環(huán)境科學(xué)應(yīng)用中是非常必要的一種手段。因?yàn)闊晒饽芰勘燃ぐl(fā)光能量要小，
對(duì)于大多數(shù)熒光應(yīng)用來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的熒光能量只占激發(fā)光能量的3%左右，而且一 般都是散射光，所以熒光測(cè)量通常需要高靈敏度的光譜儀，同時(shí)對(duì)熒光的收集 和傳導(dǎo)也直接影響光譜儀數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確度。目前的熒光光譜儀測(cè)量裝置普遍 要求高靈敏度高精準(zhǔn)的光譜儀，通過(guò)多根實(shí)芯光纖組成的光纖束來(lái)對(duì)熒光進(jìn)行 收集和傳導(dǎo)，該類熒光光譜儀測(cè)量裝置通過(guò)對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行激光激發(fā)后產(chǎn)生熒 光能量，但收集到的熒光能量很少，熒光在傳導(dǎo)過(guò)程中易產(chǎn)生色散損耗，導(dǎo)致 靈敏度低、測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。實(shí)芯光纖束在傳輸過(guò)程中易產(chǎn)生大量背景噪聲， 影響測(cè)量靈敏度，當(dāng)激發(fā)光為脈沖波時(shí)，波形不易保持，呈現(xiàn)出髙非線性，同 樣影響測(cè)量靈敏度。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有熒光光譜儀測(cè)量裝置熒光能量收集困難，易
產(chǎn)生色散損耗和背景噪聲，靈敏度低、測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，提供一種利用
雙包層空芯光子晶體光纖進(jìn)行泵浦樣品和收集光譜從而進(jìn)行物質(zhì)測(cè)量的光譜測(cè) 畺想晉
里農(nóng)且o
本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，包括激光發(fā)射源、光隔離器、 二色鏡、耦合物鏡、測(cè)量光纖和光譜儀，在激光發(fā)射源發(fā)射的激光光路上依次
設(shè)置光隔離器和二色鏡，使激光通過(guò)光隔離器后以45度入射角入射到二色鏡上， 在激光經(jīng)二色鏡的反射光路上依次設(shè)置耦合物鏡、測(cè)量光纖，測(cè)量光纖一端與 耦合物鏡相連，另一端連接樣品，光譜儀設(shè)置在沿激光經(jīng)二色鏡的反射光路的 反向延長(zhǎng)線上，位于二色鏡的后方，所述測(cè)量光纖空芯光子晶體光纖，該光纖 中間為空芯層，同軸線徑向設(shè)置有內(nèi)空氣孔陣列層、在內(nèi)空氣孔陣列層外設(shè)置 有內(nèi)圓環(huán)包層(3)，在內(nèi)圓環(huán)包層(3)外設(shè)置有外空氣孔陣列層(4)，外空氣 孔陣列層(4)設(shè)置有外圓環(huán)包層(5)，外圓環(huán)包層(5)外設(shè)置有涂敷層(6)， 所述內(nèi)空氣孔陣列層(2)、內(nèi)圓環(huán)包層(3)、外空氣孔陣列層(4)和外圓環(huán)包 層(5)都采用同一種材料，所述內(nèi)圓環(huán)包層(3)的壁厚是內(nèi)空氣孔陣列層(2) 和外空氣孔陣列層(4)中空氣孔壁厚的100倍以上。
所述的雙包層結(jié)構(gòu)的空芯光子晶體光纖，中間為纖芯，它傳導(dǎo)由內(nèi)空氣孔 陣列層所限定的處于光子帶隙內(nèi)的光，內(nèi)圓環(huán)的壁厚遠(yuǎn)大于內(nèi)空氣孔陣列層和 外空氣孔陣列層中空氣孔壁的厚度，至少為100倍以上，內(nèi)空氣孔陣列層和外 空氣孔陣列層的折射率均小于內(nèi)圓環(huán)的折射率，以形成波導(dǎo)條件，從而確保激 發(fā)樣品后的散射光或熒光能夠在內(nèi)圓環(huán)內(nèi)傳輸。外空氣孔陣列層的空氣孔為大 空氣孔陣列，孔徑大于內(nèi)空氣孔陣列層中空氣孔孔徑，內(nèi)空氣孔陣列層、內(nèi)圓 環(huán)包層、外空氣孔陣列層和外圓環(huán)包層都采用同一種材料，涂覆層的折射率高 于該種材料的折射率，起到剝離外圓環(huán)包層內(nèi)傳輸光并且增加光纖柔韌性的作 用。
所述的一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，激光光源發(fā)出準(zhǔn)直的激光經(jīng)光隔離器入射到二色鏡，光隔離器能防止反射回的光反饋進(jìn)入激光光源
而影響激光的運(yùn)轉(zhuǎn)，激光經(jīng)光隔離器以45度入射角入射到二色鏡，當(dāng)激光45 度入射二色鏡時(shí)，具有很高的反射率，激光以45度出射角射出并進(jìn)入耦合物鏡， 耦合物鏡將光耦合入光子晶體光纖的空氣纖芯內(nèi)，遇到纖芯內(nèi)樣品后與樣品作 用，激發(fā)出熒光或拉曼散射光，這些光譜被光纖的內(nèi)圓環(huán)收集，而經(jīng)光子晶體 光纖反向傳導(dǎo)到耦合物鏡，再經(jīng)二色鏡高度透射進(jìn)入光譜儀，進(jìn)行光譜分析， 所述二色鏡對(duì)于激發(fā)樣品產(chǎn)生的熒光或拉曼散射光能保持高度透過(guò)而同時(shí)對(duì)激 光能保持高度反射。該裝置對(duì)不同樣品的檢測(cè)可采用不同的方法，對(duì)于氣體或 折射率小于制作該種光纖所用的材料折射率的液體，可將樣品吸進(jìn)光纖的一段 氣孔內(nèi)，因樣品折射率低于光纖的折射率，不影響內(nèi)圓環(huán)包層作為接收被測(cè)量 物質(zhì)的散射光或熒光的波導(dǎo)性質(zhì)。如待測(cè)液體折射率高于光纖材料折射率，可 控制光纖不插入樣品中，而是使光纖端頭與樣品近距離靠近，用激光在近距離 激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光或散射光，散射光譜或熒光光譜被光纖的內(nèi)圓環(huán)接收，進(jìn)入 外圓環(huán)的部分則被涂覆層6剝離掉以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。如待測(cè)液體折射率高于光纖材 料折射率，還可通過(guò)光子晶體光纖氣孔選擇性封裝的技術(shù)，選用折射率小于光 纖材料的固化膠封裝外空氣孔陣列層，從而使內(nèi)圓環(huán)仍然保持波導(dǎo)性質(zhì)，然后 將液體吸入光纖纖芯內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。
該光譜測(cè)量裝置具體測(cè)量時(shí)，空芯光子晶體光纖連接樣品的一端可以直接 插入樣品中進(jìn)行測(cè)量，也可以在插入樣品后，使樣品在毛細(xì)管效應(yīng)的作用下進(jìn) 入空芯光子晶體光纖空芯內(nèi)一段，再?gòu)臉悠分腥〕?，在靠近空芯光子晶體光纖 裝有樣品的一端設(shè)置一凹面鏡，凹面鏡凹面正對(duì)空芯光子晶體光纖端面，以收 集樣品受激發(fā)后產(chǎn)生的熒光或拉曼散射光并集中反射到空芯光子晶體光纖中，由空芯光子晶體光纖傳導(dǎo)直至光譜儀進(jìn)行光譜測(cè)量。也可以把凹面鏡換為平面 鏡，平面鏡要求緊靠空芯光子晶體光纖端面。
本實(shí)用新型的有益效果是利用空芯光子晶體光纖的空氣纖芯傳導(dǎo)激光， 具有低非線性、低色散特點(diǎn)，當(dāng)激發(fā)光為脈沖時(shí)，有利于脈沖形狀的保持，同 時(shí)激光在空氣纖芯內(nèi)傳輸可以大大降低強(qiáng)激光(或高峰值功率的泵浦脈沖)的 石英散射所形成的背景噪聲，從而提高測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度，利用空芯光子晶 體光纖的光譜測(cè)量裝置簡(jiǎn)單實(shí)用，通過(guò)一根光纖可以實(shí)現(xiàn)激發(fā)測(cè)量樣品、收集 受激樣品散射光或熒光、傳導(dǎo)激光和受激樣品散射光或熒光的功能。當(dāng)測(cè)量樣 品進(jìn)入光纖后，由于激光大部分能量在空氣纖芯內(nèi)傳輸，將大大提高光和樣品 的交疊面，從而增大作用效果，提高測(cè)量的靈敏度和準(zhǔn)確度。

圖l,空芯光子晶體光纖結(jié)構(gòu)圖。
圖2，實(shí)施例l的測(cè)量裝置圖。
圖3，實(shí)施例2的測(cè)量裝置圖 圖4,實(shí)施例3的測(cè)量裝置圖
圖中1空芯、2內(nèi)空氣孔陣列層、3內(nèi)圓環(huán)包層、4外空氣孔陣列層、5 外圓環(huán)包層、6涂覆層；A激光光源、B光隔離器、C二色鏡、D耦合物鏡、E 空芯光子晶體光纖、Fl凹面鏡、F2平面鏡、G光譜儀。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1:
一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，該裝置包括激光發(fā)射源A、 光隔離器B、 二色鏡C、耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E和光譜儀G,在激光 發(fā)射源A發(fā)射的激光光路上依次設(shè)置光隔離器B和二色鏡C，使激光通過(guò)光隔離器B后以45度入射角入射到二色鏡C上，在激光經(jīng)二色鏡C的反射光路上 依次設(shè)置耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E，空芯光子晶體光纖E —端與耦合 物鏡D相連，另一端插入樣品池中，光譜儀G設(shè)置在沿激光經(jīng)二色鏡C的反射 光路的反向延長(zhǎng)線上，位于二色鏡C的后方。所述空芯光子晶體光纖E，中間 為空芯層1，同軸線徑向設(shè)置有內(nèi)空氣孔陣列層2、外圓環(huán)包層5和涂覆層6， 在內(nèi)空氣孔陣列層2外設(shè)置有內(nèi)圓環(huán)包層3，在內(nèi)圓環(huán)包層3和外圓環(huán)包層5之 間設(shè)置有外空氣孔陣列層4，所述內(nèi)空氣孔陣列層2、內(nèi)圓環(huán)包層3、外空氣孔 陣列層4和外圓環(huán)包層5都采用玻璃材料，所述內(nèi)圓環(huán)包層3的壁厚10微米， 內(nèi)空氣孔陣列層2中空氣孔壁厚二十納米，外空氣孔陣列層4中空氣孔壁厚三 十納米。
具體測(cè)量時(shí)，激光光源A所發(fā)出的激光(假定為532nm綠光)，經(jīng)光隔離 器B入射到二色鏡C上，二色鏡C對(duì)532nm的綠光45度高度反射后經(jīng)耦合物 鏡D會(huì)聚到空芯光子晶體光纖E的空芯1中，激光激發(fā)空芯1中的樣品產(chǎn)生熒 光或拉曼光，空芯光子晶體光纖E收集熒光或拉曼光并由內(nèi)圓環(huán)包層3傳導(dǎo)， 經(jīng)耦合物鏡D入射二色鏡C上，二色鏡C對(duì)激光泵浦產(chǎn)生的熒光或拉曼光能45 度高度透過(guò)，再由光譜儀G進(jìn)行接收和測(cè)量分析，二色鏡C同時(shí)也可防止532nm 泵浦激光進(jìn)入光譜測(cè)量系統(tǒng)。
實(shí)施例2:
一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，該裝置包括激光發(fā)射源A、 光隔離器B、 二色鏡C、耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E和光譜儀G，在激光 發(fā)射源A發(fā)射的激光光路上依次設(shè)置光隔離器B和二色鏡C，使激光通過(guò)光隔 離器B后以45度入射角入射到二色鏡C上，在激光經(jīng)二色鏡C的反射光路上依次設(shè)置耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E，空芯光子晶體光纖E —端與耦合 物鏡D相連，另一端裝有樣品，光譜儀G設(shè)置在沿激光經(jīng)二色鏡C的反射光路 的反向延長(zhǎng)線上，位于二色鏡C的后方。在靠近空芯光子晶體光纖E裝有樣品 的一端設(shè)置一凹面鏡Fl，凹面鏡Fl凹面正對(duì)空芯光子晶體光纖E的端面。所 述空芯光子晶體光纖E，中間為空芯層l，同軸線徑向設(shè)置有內(nèi)空氣孔陣列層2、 外圓環(huán)包層5和涂覆層6，在內(nèi)空氣孔陣列層2外設(shè)置有內(nèi)圓環(huán)包層3，在內(nèi)圓 環(huán)包層3和外圓環(huán)包層5之間設(shè)置有外空氣孔陣列層4，所述內(nèi)空氣孔陣列層2、 內(nèi)圓環(huán)包層3、外空氣孔陣列層4和外圓環(huán)包層5都采用玻璃材料，所述內(nèi)圓環(huán) 包層3的壁厚10微米，內(nèi)空氣孔陣列層2中空氣孔壁厚二十納米，外空氣孔陣 列層4中空氣孔壁厚30納米。
具體測(cè)量時(shí)，激光光源A所發(fā)出的激光(假定為532nm綠光)，經(jīng)光隔離 器B入射到二色鏡C上，二色鏡C對(duì)532nm的綠光45度高度反射后經(jīng)耦合物 鏡D會(huì)聚到空芯光子晶體光纖E的空芯1中，激光激發(fā)空芯1中的樣品產(chǎn)生熒 光或拉曼光，空芯光子晶體光纖E收集熒光或拉曼光并由內(nèi)圓環(huán)包層3進(jìn)行傳 導(dǎo)，同時(shí)凹面鏡F1也把收集到的熒光或拉曼光會(huì)聚到內(nèi)圓環(huán)包層3所限定的區(qū) 域內(nèi)并由內(nèi)圓環(huán)包層3進(jìn)行傳導(dǎo)，收集到的熒光或拉曼光經(jīng)耦合物鏡D入射二 色鏡C上，二色鏡C對(duì)激光泵浦產(chǎn)生的熒光或拉曼光45度高度透過(guò)，再由光譜 儀G進(jìn)行接收和測(cè)量分析。
實(shí)施例3:
一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，該裝置包括激光發(fā)射源A、 光隔離器B、 二色鏡C、耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E和光譜儀G，在激光 發(fā)射源A發(fā)射的激光光路上依次設(shè)置光隔離器B和二色鏡C，使激光通過(guò)光隔離器B后以45度入射角入射到二色鏡C上，在激光經(jīng)二色鏡C的反射光路上 依次設(shè)置耦合物鏡D、空芯光子晶體光纖E，空芯光子晶體光纖E—端與耦合 物鏡D相連，另一端裝有樣品，光譜儀G設(shè)置在沿激光經(jīng)二色鏡C的反射光路 的相反方向上，位于二色鏡C的后方。在空芯光子晶體光纖E裝有樣品的一端 設(shè)置一平面鏡F2，平面鏡F2正面緊靠空芯光子晶體光纖E的端面。所述空芯 光子晶體光纖E，其中間為空芯層l，同軸線徑向設(shè)置有內(nèi)空氣孔陣列層2、外 圓環(huán)包層5和涂覆層6，在內(nèi)空氣孔陣列層2外設(shè)置有內(nèi)圓環(huán)包層3，在內(nèi)圓環(huán) 包層3和外圓環(huán)包層5之間設(shè)置有外空氣孔陣列層4，所述內(nèi)空氣孔陣列層2、 內(nèi)圓環(huán)包層3、外空氣孔陣列層4和外圓環(huán)包層5都采用玻璃材料，所述內(nèi)圓環(huán) 包層3的壁厚10微米，內(nèi)空氣孔陣列層2中空氣孔壁厚二十納米，外空氣孔陣 列層4中空氣孔壁厚三十納米。
具體測(cè)量時(shí)，激光光源A所發(fā)出的激光(假定為532nm綠光)，經(jīng)光隔離 器B入射到二色鏡C上，二色鏡C對(duì)532nm的綠光45度高度反射后經(jīng)耦合物 鏡D會(huì)聚到空芯光子晶體光纖E的空芯1中，激光激發(fā)空芯1中的樣品產(chǎn)生熒 光或拉曼光，空芯光子晶體光纖E收集熒光或拉曼光并由內(nèi)圓環(huán)包層3進(jìn)行傳 導(dǎo)，同時(shí)平面鏡F2也把收集到的熒光或拉曼光直接反射并由內(nèi)圓環(huán)包層3進(jìn)行 傳導(dǎo)，收集到的熒光或拉曼光經(jīng)耦合物鏡入射二色鏡C上，二色鏡C對(duì)激光泵 浦產(chǎn)生的熒光或拉曼光45度高度透過(guò)，再由光譜儀G進(jìn)行接收和測(cè)量分析。
權(quán)利要求1、一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，包括激光發(fā)射源、光隔離器、二色鏡、耦合物鏡、測(cè)量光纖和光譜儀，在激光發(fā)射源發(fā)射的激光光路上依次設(shè)置光隔離器和二色鏡，使激光通過(guò)光隔離器后以45度入射角入射到二色鏡上，在激光經(jīng)二色鏡的反射光路上依次設(shè)置耦合物鏡、測(cè)量光纖，測(cè)量光纖一端與耦合物鏡相連，另一端連接樣品，光譜儀設(shè)置在沿激光經(jīng)二色鏡的反射光路的反向延長(zhǎng)線上，位于二色鏡的后方，其特征在于所述測(cè)量光纖空芯光子晶體光纖(E)，該光纖中間為空芯層(1)，同軸線徑向設(shè)置有內(nèi)空氣孔陣列層(2)、在內(nèi)空氣孔陣列層(2)外設(shè)置有內(nèi)圓環(huán)包層(3)，在內(nèi)圓環(huán)包層(3)外設(shè)置有外空氣孔陣列層(4)，外空氣孔陣列層(4)設(shè)置有外圓環(huán)包層(5)，外圓環(huán)包層(5)外設(shè)置有涂敷層(6)，所述內(nèi)空氣孔陣列層(2)、內(nèi)圓環(huán)包層(3)、外空氣孔陣列層(4)和外圓環(huán)包層(5)都采用同一種材料，所述內(nèi)圓環(huán)包層(3)的壁厚是內(nèi)空氣孔陣列層(2)和外空氣孔陣列層(4)中空氣孔壁厚的100倍以上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，其 特征在于在靠近空芯光子晶體光纖(E)裝有樣品的一端設(shè)置一凹面鏡(Fl)， 凹面鏡(Fl)凹面正對(duì)空芯光子晶體光纖(E)的端面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，其 特征在于在空芯光子晶體光纖(F2)裝有樣品的一端設(shè)置一平面鏡(F2)，平 面鏡(F2)正面緊靠空芯光子晶體光纖(E)的端面。
專利摘要一種利用空芯光子晶體光纖的光譜測(cè)量裝置，解決現(xiàn)有熒光光譜儀測(cè)量裝置熒光能量收集困難，靈敏度低、測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、應(yīng)用范圍小等技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，測(cè)量裝置中的空芯光子晶體光纖結(jié)構(gòu)為，中間為空芯層，同軸線徑向設(shè)有內(nèi)空氣孔陣列層、在內(nèi)空氣孔陣列層外設(shè)有內(nèi)圓環(huán)包層，在內(nèi)圓環(huán)包層外設(shè)有外空氣孔陣列層，外空氣孔陣列層設(shè)有外圓環(huán)包層，外圓環(huán)包層外設(shè)有涂敷層，內(nèi)空氣孔陣列層、內(nèi)圓環(huán)包層、內(nèi)圓環(huán)包層的壁厚是內(nèi)空氣孔陣列層和外空氣孔陣列層中空氣孔壁厚的100倍以上。當(dāng)激發(fā)光為脈沖時(shí)，有利于脈沖形狀的保持，同時(shí)激光在空氣纖芯內(nèi)傳輸可以大大降低強(qiáng)激光的石英散射所形成的背景噪聲，從而提高測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣。
文檔編號(hào)G01N21/64GK201233367SQ20082009150
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者敏 張, 邢鳳飛, 郭春雨, 閆培光, 阮雙琛 申請(qǐng)人:深圳大學(xué);閆培光;阮雙琛;張 敏;郭春雨;邢鳳飛