專利名稱：一種集成化微型拉曼光纖光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拉曼光譜儀，尤其是涉及一種集成化微型拉曼光纖光譜儀。
背景技術(shù)：
微型拉曼光譜儀能夠測定特定的化學(xué)成分，在食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境檢測等領(lǐng) 域具有廣闊的應(yīng)用潛力。微型拉曼光譜儀已有很多商用產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品在應(yīng)用中還存在 著價(jià)格高、光學(xué)分辨率低、光強(qiáng)要求高等缺點(diǎn)，如美國Ahura Scientific公司的微型拉曼頻 譜儀，美國DeltaNu公司的掌上型拉曼光譜儀等，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的拉曼光譜儀的結(jié)構(gòu)相同， 是大型光譜儀的小型化，同時(shí)也造成了光學(xué)性能的降低。在公開文獻(xiàn)上，還未見到價(jià)格低， 體積小，能滿足家庭需求的微型光譜儀的報(bào)道。中國實(shí)用新型專利CN201514381U公開一種帶表面增強(qiáng)取樣器的激光拉曼光譜 儀，它包括一殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有提供高線性度激光束的激光器、光譜儀、控制裝置、顯 示裝置和電源，所述控制裝置分別與所述激光器、光譜儀、顯示裝置和電源連接，所述激光 器和光譜儀分別通過光纖與一拉曼探頭連接，所述殼體的上表面內(nèi)還設(shè)置有表面增強(qiáng)取樣 器；通過將拉曼探頭插入表面增強(qiáng)取樣器的取樣腔的基準(zhǔn)位置，拉曼探頭的焦點(diǎn)位于表面 增強(qiáng)鍍膜的試樣槽的試樣上，測表面增強(qiáng)取樣器試樣槽上試樣的拉曼光譜；也可通過手握 拉曼探頭的方式靈活地測周圍物體的拉曼光譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的微型拉曼光譜儀價(jià)格高、光譜分辨率低等不足，提供 一種價(jià)格較低、光學(xué)分辨率較高、體積小、重量輕、適于批量生產(chǎn)的集成化微型拉曼光纖光 譜儀。本發(fā)明設(shè)有基板、激光二極管、兩端帶熔融透鏡的輸入光纖、兩端帶熔融透鏡的輸 出光纖組、帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔、光電探測器陣列和信號處理電路；所述激光二極 管、光電探測器陣列和信號處理電路集成在基板上，輸入光纖和輸出光纖組裝配在基板上； 帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔設(shè)在光電探測器陣列表面上方，光電探測器陣列的輸出端接信 號處理電路的輸入端，信號處理電路的輸出端輸出數(shù)字信號。所述基片可采用硅片等。所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖的一端與激光二極管耦合，所述兩端帶熔融透鏡 的輸入光纖的一端通過設(shè)于基板上的槽與金絲固定，所述金絲兩端固定；所述兩端帶熔融 透鏡的輸入光纖的另一端與兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組中多頭的一端固定在設(shè)于基片 上的通孔中；兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組的帶熔融透鏡的單頭一端通過設(shè)于基片上的槽 與金絲固定。所述槽可為V形槽等。所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖和兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組組成花瓣?duì)钚?狀，輸入光纖位于中央，輸出光纖組中的各根光纖組成環(huán)狀，圍繞在輸入光纖的周圍并固定在基板上的通孔中，便于與帶有樣品的微流控芯片實(shí)現(xiàn)上、下層的對準(zhǔn)裝配。所述輸出光纖組中的各根光纖組成環(huán)狀圍繞在輸入光纖的周圍并固定在基板上 的通孔中，可采用樹脂固定在基板上的通孔中。由于采用光纖構(gòu)成光路，采用硅精細(xì)加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖的準(zhǔn)確定位，具有不需要 繁瑣的光學(xué)對準(zhǔn)，因此不僅具有抗震動(dòng)與沖擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且穩(wěn)定可靠、成本較低。由于采用具有狹縫的楔形波導(dǎo)腔作為分光元件，使特定波長的光在光波導(dǎo)腔的特 定的位置輸出，與通常采用的干涉儀、光柵相比，該楔形波導(dǎo)腔可以直接和光電探測器陣列 制作在一起，不需要較大的光程差來實(shí)現(xiàn)較高的光譜分辨率，有效減小了光譜儀的體積和 重量；與F-P腔相比，楔形波導(dǎo)腔可以在不減弱光強(qiáng)的條件下實(shí)現(xiàn)分光，尤其適合拉曼光譜 中微弱散射光的檢測。由于采用帶熔融透鏡的輸入光纖和輸出光纖組組成花瓣?duì)钚螤睿斎牍饫w位于中 央，輸出光纖組中的各根光纖組成環(huán)狀，圍繞在輸入光纖的周圍，并用樹脂固定在基板上的 通孔中，因此便于與帶有樣品的微流控芯片實(shí)現(xiàn)上、下層的對準(zhǔn)裝配。另外可將激光二極管、光電探測器陣列和信號處理電路可通過混合集成的方法集 成在基板上，具有狹縫的楔形波導(dǎo)腔制作在光電探測器陣列表面上方，輸入光纖和輸出光 纖組最后裝配到基板上，因此具有集成度高、成本低和微型化等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔和信號處理電路的組成關(guān)系示意圖。圖3為兩端帶熔融透鏡的輸入光纖和兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。參見圖1 3，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有基板1、激光二極管2、兩端帶熔融透鏡的輸入光 纖3、兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組4、帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔5、光電探測器陣列6和 信號處理電路7 ；所述激光二極管2、光電探測器陣列6和信號處理電路7集成在基板1上， 輸入光纖3和輸出光纖組4裝配在基板1上；帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔5設(shè)在光電探測 器陣列6表面上方，光電探測器陣列6的輸出端接信號處理電路7的輸入端，信號處理電路 7的輸出端輸出數(shù)字信號。所述基片采用硅片等。所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖3的一端與激光二極管2耦合，所述兩端帶熔融 透鏡的輸入光纖3的一端通過設(shè)于基板1上的槽與金絲固定，所述金絲兩端固定；所述兩端 帶熔融透鏡的輸入光纖3的另一端與兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組4中多頭的一端固定在 設(shè)于基片1上的通孔中；兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組4的帶熔融透鏡的單頭一端通過設(shè) 于基片1上的槽與金絲固定。所述槽可為V形槽等。所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖3和兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組4組成花瓣?duì)钚螤睿斎牍饫w3位于中央，輸出光纖組4中的各根光纖組成環(huán)狀，圍繞在輸入光纖3的周 圍并固定在基板1上的通孔10中，便于與帶有樣品的微流控芯片實(shí)現(xiàn)上、下層的對準(zhǔn)裝配。所述輸出光纖組4中的各根光纖組成環(huán)狀圍繞在輸入光纖3的周圍并固定在基板 1上的通孔10中，可采用樹脂固定在基板1上的通孔10中。以下給出本發(fā)明的工作原理由激光二極管2發(fā)出的特定波長的激光聚焦到兩端端帶熔融透鏡的輸入光纖3 中，照射在被測樣品上，散射光由兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組4中多頭的一端收集，由帶 熔融透鏡的單頭的一端耦合進(jìn)入帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔5，由楔形波導(dǎo)腔實(shí)現(xiàn)分光，選 定波長的光由特定位置的狹縫導(dǎo)出進(jìn)入光電探測器陣列6，光電探測器陳列6輸出的電信 號進(jìn)入信號處理電路7，轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號輸出?；?由硅片制成，激光二極管2，光電探測器陣列6，信號處理電路7通過混合集 成的方法集成在基板1上，具有狹縫的楔形波導(dǎo)腔5制作在光電探測器陣列6表面上方。輸 入光纖3與激光二極管2耦合的一端通過制作在基板1上的V形槽8和一組兩端固定的金 絲9固定在特定位置而不能移動(dòng)，此位置經(jīng)設(shè)計(jì)保證激光二極管2的輸出光接近100%地進(jìn) 入輸入光纖3中。輸入光纖3的另一端與輸出光纖組4中多頭的一端組成如圖2所示的結(jié) 構(gòu)，固定在基板1上形成的通孔10中。輸出光纖組4帶熔融透鏡的單頭的一端通過制作在 基板1上的V形槽11和一組兩端固定的金絲12固定在特定位置而不能移動(dòng)，此位置經(jīng)設(shè) 計(jì)保證輸出光纖組4帶熔融透鏡的單頭的一端輸出的光接近100%進(jìn)入到帶輸出狹縫的楔 形光波導(dǎo)腔5中。
權(quán)利要求
一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于設(shè)有基板、激光二極管、兩端帶熔融透鏡的輸入光纖、兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組、帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔、光電探測器陣列和信號處理電路；所述激光二極管、光電探測器陣列和信號處理電路集成在基板上，輸入光纖和輸出光纖組裝配在基板上；帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔設(shè)在光電探測器陣列表面上方，光電探測器陣列的輸出端接信號處理電路的輸入端，信號處理電路的輸出端輸出數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于所述基片為硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于所述兩端帶熔融 透鏡的輸入光纖的一端與激光二極管耦合，所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖的一端通過設(shè) 于基板上的槽與金絲固定，所述金絲兩端固定；所述兩端帶熔融透鏡的輸入光纖的另一端 與兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組中多頭的一端固定在設(shè)于基片上的通孔中；兩端帶熔融透 鏡的輸出光纖組的帶熔融透鏡的單頭一端通過設(shè)于基片上的槽與金絲固定。
4.如權(quán)利要求1所述的一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于所述槽為V形槽。
5.如權(quán)利要求1所述的一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于所述兩端帶熔融 透鏡的輸入光纖和兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組組成花瓣?duì)钚螤?，輸入光纖位于中央，輸 出光纖組中的各根光纖組成環(huán)狀，圍繞在輸入光纖的周圍并固定在基板上的通孔中。
6.如權(quán)利要求1所述的一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，其特征在于所述輸出光纖組 中的各根光纖組成環(huán)狀圍繞在輸入光纖的周圍并固定在基板上的通孔中，是采用樹脂固定 在基板上的通孔中。
全文摘要
一種集成化微型拉曼光纖光譜儀，涉及一種拉曼光譜儀。提供一種價(jià)格較低、光學(xué)分辨率較高、體積小、重量輕、適于批量生產(chǎn)的集成化微型拉曼光纖光譜儀。設(shè)有基板、激光二極管、兩端帶熔融透鏡的輸入光纖、兩端帶熔融透鏡的輸出光纖組、帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔、光電探測器陣列和信號處理電路；所述激光二極管、光電探測器陣列和信號處理電路集成在基板上，輸入光纖和輸出光纖組裝配在基板上；帶輸出狹縫的楔形光波導(dǎo)腔設(shè)在光電探測器陣列表面上方，光電探測器陣列的輸出端接信號處理電路的輸入端，信號處理電路的輸出端輸出數(shù)字信號。
文檔編號G01N21/65GK101975770SQ20101050994
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者呂苗, 周勇亮, 康懷志, 田中群 申請人:廈門大學(xué)