本發(fā)明屬于光譜測量儀器領(lǐng)域，涉及微型光纖光柵光譜儀。

技術(shù)背景

隨著MEMS、微光學(xué)等微制造技術(shù)的發(fā)展，光譜儀器的微型化成為可能，光譜儀的微型化是光譜儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向。和傳統(tǒng)光譜儀相比，微型光譜儀由于它體較小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于許多測量、控制領(lǐng)域。光纖具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕等特點(diǎn)而備受業(yè)內(nèi)人士青睞，發(fā)展非常迅速。光纖的快速發(fā)展使得光譜儀的發(fā)展快速崛起，使用光纖可以縮小和減輕整個(gè)光譜儀的體積和重量

傳統(tǒng)的光譜儀光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，需通過旋轉(zhuǎn)光柵對(duì)整個(gè)光譜進(jìn)行掃描，測量速度慢，對(duì)某些測量樣品還需經(jīng)過特定的預(yù)處理，并且需要放在儀器的固定樣品室內(nèi)進(jìn)行測量。微型光纖光柵光譜儀雖然大大縮小了體積，但其體積仍然很大，光柵和光纖分離，光柵的雕刻對(duì)光纖造成了破壞，被測光的波長范圍較窄，部分紫外光和紅外光無法實(shí)現(xiàn)測量。傳統(tǒng)的微型光纖光柵光譜儀仍存在許多缺陷，需要一種體積更小，柵距可控，溫度可調(diào)的新型光纖光柵光譜儀來實(shí)現(xiàn)被測光的波長范圍更寬的測量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種體積更小、柵距可控的微型光纖光柵光譜儀?？衫蔑w秒激光器或聚焦離子束在不破壞光纖的基礎(chǔ)上完成光柵的雕刻，實(shí)現(xiàn)光纖和光柵的集成，可利用TEC實(shí)現(xiàn)溫度控制，被測光的波長范圍在亞波長級(jí)，即100nm-1μm。適用于在線實(shí)時(shí)檢測，傳輸損耗小且不受電磁干擾。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

微型光纖光柵光譜儀由測量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、電源組成。其中電源模塊采用高精度恒流恒壓源，基座、光纖、聚焦光學(xué)元件、線陣CCD安裝在測量系統(tǒng)內(nèi)，測量系統(tǒng)放在TEC上控制溫度，溫度范圍在-5℃-100℃之間，光纖的端面使用飛秒激光器或聚焦離子束刻上500nm-1000nm的光柵，聚焦光學(xué)元件的焦距為20mm，線陣CCD放在聚焦光學(xué)元件的焦平面后。計(jì)算機(jī)通過USB接口與測量系統(tǒng)相連。電源與線陣CCD相連。

測量系統(tǒng)中的光纖作為信號(hào)耦合器件，將被測光耦合，經(jīng)光柵色散，將入射的單束復(fù)合光分解為多束單色光，多束單色光經(jīng)過聚焦光學(xué)元件按照波長的順序成像在聚焦光學(xué)元件焦平面上；這樣，單束的復(fù)合光經(jīng)過測量系統(tǒng)后變成了多束單色光的像，經(jīng)過CCD瞬間采集，將焦平面上接收的光譜能量轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號(hào)，并測量出對(duì)應(yīng)光譜組成部分的波長和強(qiáng)度，相應(yīng)測量出各波長光的強(qiáng)度，得到光能量按波長的發(fā)布規(guī)律。將CCD測量出來的電信號(hào)經(jīng)過初步處理后存儲(chǔ)或通過USB接口上傳給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理及顯示等。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.體積更小且柵距可控在500nm-1000nm，可利用飛秒激光器或聚焦離子束在不破壞光纖的基礎(chǔ)上完成光柵的雕刻，實(shí)現(xiàn)光纖和光柵的集成，可利用TEC實(shí)現(xiàn)溫度控制，被測光的波長范圍較寬，在亞波長級(jí)即100nm-1μm。

2.設(shè)計(jì)使用聚焦光學(xué)元件聚焦在線陣CCD上，這種CCD處理信息速度快，外圍電路簡單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

附圖說明

圖1是微型光纖光柵光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是溝槽型光柵的截面圖。

圖3是線型光柵的截面圖。

主要符號(hào)說明如下：

1-基座；2-光纖光柵；3-聚焦光學(xué)元件；4-線陣CCD；5-測量系統(tǒng)；

6-計(jì)算機(jī)；7-電源；8-TEC；

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。

參見圖1所示，微型光纖光柵光譜儀由基座1、光纖光柵2、聚焦光學(xué)元件3、線陣CCD4、計(jì)算機(jī)6、電源7、TEC8組成。其中電源模塊采用高精度恒流恒壓源，基座1、光纖2、聚焦光學(xué)元件3、線陣CCD4安裝在測量系統(tǒng)5內(nèi)，測量系統(tǒng)5放在TEC8上控制溫度，線陣CCD4由感光元件、移位信號(hào)寄存器、并行信號(hào)寄存器、信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和USB接口組成。計(jì)算機(jī)6通過USB接口與測量系統(tǒng)5相連。電源7采用香蕉線與系統(tǒng)內(nèi)部的線陣CCD4相連

微型光纖光柵光譜儀的光纖端面使用飛秒激光器或聚焦離子束在不破壞上述的光纖的基礎(chǔ)上雕刻500nm-1000nm的光柵，實(shí)現(xiàn)光纖和光柵的集成，上述的聚焦光學(xué)元件3焦距為20mm。上述的線陣CCD4放在上述的聚焦光學(xué)元件3的焦平面后，USB接口作為數(shù)據(jù)傳輸通道與上述的計(jì)算機(jī)11相連。

圖2所示為溝槽型光柵的截面圖，在圖2所示的實(shí)例中，光纖的端面使用飛秒激光器或聚焦離子束刻上500nm-1000nm溝槽型光柵。

圖3所示為線型光柵的截面圖，在圖3所示的實(shí)例中，光纖的端面使用飛秒激光器或聚焦離子束刻上500nm-1000nm線型光柵。

該系統(tǒng)工作流程：光進(jìn)入光纖經(jīng)過光纖端面的光柵后發(fā)生色散現(xiàn)象，通過聚焦光學(xué)元件聚焦后送入線陣CCD中，感光元件接收到光后激發(fā)出電荷，移位信號(hào)寄存器暫時(shí)儲(chǔ)存感光后產(chǎn)生的電荷，并行信號(hào)寄存器暫時(shí)儲(chǔ)存寄存器中的模擬信號(hào)并將電荷轉(zhuǎn)移放大，信號(hào)放大器放大微弱的電信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)過USB接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中并且通過計(jì)算機(jī)顯示出強(qiáng)度和波長的關(guān)系圖。