專利名稱：一種基于法-珀腔的微型光譜儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光譜分析技術領域，涉及一種光譜儀，特別涉及一種基于法-珀腔的微型光譜儀。
背景技術：
光譜儀器是應用光學原理和光譜技術，對物質(zhì)的化學組成及含量進行檢測的重要分析儀器，具有分析精度高、測量范圍大、速度快等優(yōu)點，廣泛應用于現(xiàn)代科學實驗、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、冶金、地質(zhì)、石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、宇宙探索、國防等領域，己形成了幾十億美圓規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。
由于傳統(tǒng)光譜儀器使用條件苛刻、體積龐大，因而大大地限制了其應用范圍。近年來隨著生物醫(yī)學、航空航天、環(huán)境監(jiān)測、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領域的現(xiàn)代化發(fā)展，對光譜儀器提出了小型化、微型化、集成化的要求，希望其攜帶方便、抗振動干擾能力強、性能穩(wěn)定可靠、功耗小、電壓低、使用方便靈活、性能價格比高，且能快速、實時、直觀地獲取光譜信號。因此，小型化、微型化光譜儀器的研究成了世界各國的研究熱點和趨勢。
目前，小型化光譜儀的研究已取得了較好進展，并已得到較為廣泛的應用。但是，生物醫(yī)學等領域迫切需要的微型光譜儀在國際上尚處于研究階段。從現(xiàn)有公開的基于法-珀腔的微型光譜儀報導中，美國東北大學、西班
牙的學者Carlos Calaza都研究過基于法-珀腔的微型光譜儀，但這些方案中，為改變法-珀腔的折射率，是通過改變上下極板的距離而實現(xiàn)的，由于存在運動部件，其制造難度和可靠性、重復性都還需要進行進一步的研究。重慶大學于2003年公布了一種基于法-拍腔的微型光譜儀的專利(申請?zhí)?3117658.5;公開號CN1442677A)，但該方案，法-珀腔只能通過預先設計好的、單-波長的光譜，不能對被測光進行光譜掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種高光通量、高靈敏、體 積很小、高可靠的微型集成光譜儀。
為達到以上目的，本發(fā)明通過以下技術手段實現(xiàn)
本發(fā)明包括電光材料板、上層反射膜、下層反射膜、探測器、增透膜、 電壓源、透鏡、透鏡增透膜、光源。其中上層反射膜鍍在電光材料板的上表 面，下層反射膜鍍在電光材料板的下表面，上層反射膜、電光材料板和下層 反射膜構成法-珀腔。增透膜鍍在法-珀腔的上層反射膜的上表面，探測器與 法-珀腔的下層反射膜的下表面緊密連接，透鏡增透膜鍍在透鏡的上表面。 電壓源的正極與上層反射膜連接，電壓源的負極與下層反射膜連接。透鏡設 置在法-珀腔的正上方，光源設置在透鏡的上方焦點處。上層反射膜和下層 反射膜的材料為鋁或金。
本發(fā)明所提供的微型光譜儀，充分利用了基于法-珀腔原理微型光譜儀 的優(yōu)點，并且沒有活動部件，因此可靠性、重復性都會得到很大提高。具有 分析速度快，加工難度低，可靠性高，檢測靈敏度高，動態(tài)范圍大等特點， 在生化分析、醫(yī)療診斷、工農(nóng)業(yè)檢測、環(huán)境監(jiān)測以及航空航天等領域有廣泛 的應用前景。


圖l是本發(fā)明的結構示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳述。
如圖l，基于法-珀腔的微型光譜儀包括電光材料板l、上層反射膜9、 下層反射膜2、探測器3、增透膜IO、電壓源4、透鏡5、透鏡增透膜6、光 源7。其中上層反射膜9鍍在電光材料板1的上表面，下層反射膜2鍍在電 光材料板1的下表面，上層反射膜9、電光材料板1和下層反射膜2構成法-珀腔。增透膜10鍍在上層反射膜9的上表面，探測器3與下層反射膜2的 下表面緊密連接，透鏡增透膜6鍍在透鏡5的上表面。電壓源4的正極與上
4層反射膜9連接，電壓源4的負極與下層反射膜2連接。透鏡5設置在法-珀腔的正上方，光源7設置在透鏡5的上方焦點處。
光源7發(fā)出的被測光經(jīng)過透鏡5的準直，將入射光線變?yōu)槠叫泄?；入射的平行光?jīng)過法-珀腔的分光，將入射光變?yōu)楣庾V信號；改變電壓源4的電壓，可以改變電光材料的折射率，也就改變了可以通過法-珀腔的波長；記錄下隨電壓變化的光譜信號；光譜分析軟件可以對光譜信號進行融合和分析，給出被測光的光譜圖。在系統(tǒng)參數(shù)設計時，可參考公式(1)、 (2)、 (3)進行設計。
典型的折射率可隨兩端電壓變化而改變的材料是具有電光效應的材料，如液晶、電光晶體、某些有機聚合物等，在不同電場下，具有不同的折射率。利用電光材料作為法-珀腔的諧振腔，就可以通過對電光材料電場的控制，使其折射率改變，來控制透過法-珀腔的波長。法-珀腔的透射峰處的波長A可由下式?jīng)Q定
義。二 2w丄/ m ( 1 )
式中，n為電光材料的折射率，L為腔厚，m為干涉級次。在美國東北大學、西班牙的學者Carlos Calaza的方案中，是通過改變法-珀腔的厚度參數(shù)L來改變法-珀腔的透射峰處的波長2。。而重慶大學于2003年公布的一種基于法-珀腔的微型光譜儀專利(公開號CN1442677A)的方案中，每個法-珀腔的參數(shù)n、 L都為定值， 一旦加工完成，無法再進行調(diào)整。本方案通過對電壓的控制來掃描波長，使之成為真正意義上的光譜儀。根據(jù)法-珀腔濾光片的原理，每個法-珀腔可以通過的光譜帶寬可以表示
為
式中"=^《^，《和A為腔的兩面反射率。通過該式可以看到，反射率越高，則法-珀腔的帶寬越窄，即光譜分辨率越高。在實際設計中，可以針對
5不同的應用和工藝條件，確定合適的帶寬及反射率。
法-珀腔的自由光譜范圍是由電光材料折射率的變化范圍決定的。透射 峰處的波長2。的變化范圍A^。可表示為
=——△
附 (3)
式中^為電光材料折射率的可變化范圍。在實際設計中，可根據(jù)需要和電光 材料的折射率變化范圍來確定法-珀腔的自由光譜范圍。
權利要求
1、一種基于法-珀腔的微型光譜儀，包括電光材料板、上層反射膜、下層反射膜、探測器、增透膜、電壓源、透鏡、透鏡增透膜、光源，其特征在于上層反射膜鍍在電光材料板的上表面，下層反射膜鍍在電光材料板的下表面，上層反射膜、電光材料板和下層反射膜構成法-珀腔；增透膜鍍在法-珀腔的上層反射膜的上表面，探測器與法-珀腔的下層反射膜的下表面緊密連接，透鏡增透膜鍍在透鏡的上表面；電壓源的正極與上層反射膜連接，電壓源的負極與下層反射膜連接；透鏡設置在法-珀腔的正上方，光源設置在透鏡的上方焦點處。
2、 如權利要求1所述的一種基于法-珀腔的微型光譜儀，其特征在 于所述的上層反射膜和下層反射膜的材料為鋁或金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于法-珀腔的微型光譜儀。傳統(tǒng)光譜儀器使用條件苛刻、體積龐大，限制了其應用范圍。本發(fā)明中電光材料板的上、下表面鍍有上、下層反射膜鍍，構成法-珀腔，法-珀腔的上層反射膜的上表面鍍有增透膜，下層反射膜的下表面與探測器緊密連接，電壓源的正極與上層反射膜連接，電壓源的負極與下層反射膜連接。透鏡設置在法-珀腔的正上方，光源設置在透鏡的上方焦點處。本發(fā)明充分利用了基于法-珀腔原理微型光譜儀的優(yōu)點，可靠性、重復性都會得到很大提高，具有分析速度快，加工難度低，可靠性高，檢測靈敏度高，動態(tài)范圍大等特點。
文檔編號G01J3/26GK101476937SQ20091009548
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權日2009年1月19日
發(fā)明者松 胡, 高秀敏 申請人:杭州電子科技大學