CN101975770B - 一种集成化微型拉曼光纤光谱仪 - Google Patents

Abstract

一种集成化微型拉曼光纤光谱仪，涉及一种拉曼光谱仪。提供一种价格较低、光学分辨率较高、体积小、重量轻、适于批量生产的集成化微型拉曼光纤光谱仪。设有基板、激光二极管、两端带熔融透镜的输入光纤、两端带熔融透镜的输出光纤组、带输出狭缝的楔形光波导腔、光电探测器阵列和信号处理电路；所述激光二极管、光电探测器阵列和信号处理电路集成在基板上，输入光纤和输出光纤组装配在基板上；带输出狭缝的楔形光波导腔设在光电探测器阵列表面上方，光电探测器阵列的输出端接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端输出数字信号。

Description

一种集成化微型拉曼光纤光谱仪

技术领域

本发明涉及一种拉曼光谱仪，尤其是涉及一种集成化微型拉曼光纤光谱仪。

背景技术

微型拉曼光谱仪能够测定特定的化学成分，在食品安全、医疗卫生、环境检测等领域具有广阔的应用潜力。微型拉曼光谱仪已有很多商用产品，但这些产品在应用中还存在着价格高、光学分辨率低、光强要求高等缺点，如美国Ahura Scientific公司的微型拉曼频谱仪，美国DeltaNu公司的掌上型拉曼光谱仪等，其结构与传统的拉曼光谱仪的结构相同，是大型光谱仪的小型化，同时也造成了光学性能的降低。在公开文献上，还未见到价格低，体积小，能满足家庭需求的微型光谱仪的报道。

中国实用新型专利CN201514381U公开一种带表面增强取样器的激光拉曼光谱仪，它包括一壳体，所述壳体内设置有提供高线性度激光束的激光器、光谱仪、控制装置、显示装置和电源，所述控制装置分别与所述激光器、光谱仪、显示装置和电源连接，所述激光器和光谱仪分别通过光纤与一拉曼探头连接，所述壳体的上表面内还设置有表面增强取样器；通过将拉曼探头插入表面增强取样器的取样腔的基准位置，拉曼探头的焦点位于表面增强镀膜的试样槽的试样上，测表面增强取样器试样槽上试样的拉曼光谱；也可通过手握拉曼探头的方式灵活地测周围物体的拉曼光谱。

发明内容

本发明的目的是针对现有的微型拉曼光谱仪价格高、光谱分辨率低等不足，提供一种价格较低、光学分辨率较高、体积小、重量轻、适于批量生产的集成化微型拉曼光纤光谱仪。

本发明设有基板、激光二极管、两端带熔融透镜的输入光纤、两端带熔融透镜的输出光纤组、带输出狭缝的楔形光波导腔、光电探测器阵列和信号处理电路；所述激光二极管、光电探测器阵列和信号处理电路集成在基板上，输入光纤和输出光纤组装配在基板上；带输出狭缝的楔形光波导腔设在光电探测器阵列表面上方，光电探测器阵列的输出端接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端输出数字信号。

所述基片可采用硅片等。

所述两端带熔融透镜的输入光纤的一端与激光二极管耦合，所述两端带熔融透镜的输入光纤的一端通过设于基板上的槽与金丝固定，所述金丝两端固定；所述两端带熔融透镜的输入光纤的另一端与两端带熔融透镜的输出光纤组中多头的一端固定在设于基片上的通孔中；两端带熔融透镜的输出光纤组的带熔融透镜的单头一端通过设于基片上的槽与金丝固定。

所述槽可为V形槽等。

所述两端带熔融透镜的输入光纤和两端带熔融透镜的输出光纤组组成花瓣状形状，输入光纤位于中央，输出光纤组中的各根光纤组成环状，围绕在输入光纤的周围并固定在基板上的通孔中，便于与带有样品的微流控芯片实现上、下层的对准装配。

所述输出光纤组中的各根光纤组成环状围绕在输入光纤的周围并固定在基板上的通孔中，可采用树脂固定在基板上的通孔中。

由于采用光纤构成光路，采用硅精细加工技术实现光纤的准确定位，具有不需要繁琐的光学对准，因此不仅具有抗震动与冲击能力强的优点，而且稳定可靠、成本较低。

由于采用具有狭缝的楔形波导腔作为分光元件，使特定波长的光在光波导腔的特定的位置输出，与通常采用的干涉仪、光栅相比，该楔形波导腔可以直接和光电探测器阵列制作在一起，不需要较大的光程差来实现较高的光谱分辨率，有效减小了光谱仪的体积和重量；与F-P腔相比，楔形波导腔可以在不减弱光强的条件下实现分光，尤其适合拉曼光谱中微弱散射光的检测。

由于采用带熔融透镜的输入光纤和输出光纤组组成花瓣状形状，输入光纤位于中央，输出光纤组中的各根光纤组成环状，围绕在输入光纤的周围，并用树脂固定在基板上的通孔中，因此便于与带有样品的微流控芯片实现上、下层的对准装配。

另外可将激光二极管、光电探测器阵列和信号处理电路可通过混合集成的方法集成在基板上，具有狭缝的楔形波导腔制作在光电探测器阵列表面上方，输入光纤和输出光纤组最后装配到基板上，因此具有集成度高、成本低和微型化等优点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为带输出狭缝的楔形光波导腔和信号处理电路的组成关系示意图。

图3为两端带熔融透镜的输入光纤和两端带熔融透镜的输出光纤组的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参见图1～3，本发明实施例设有基板1、激光二极管2、两端带熔融透镜的输入光纤3、两端带熔融透镜的输出光纤组4、带输出狭缝的楔形光波导腔5、光电探测器阵列6和信号处理电路7；所述激光二极管2、光电探测器阵列6和信号处理电路7集成在基板1上，输入光纤3和输出光纤组4装配在基板1上；带输出狭缝的楔形光波导腔5设在光电探测器阵列6表面上方，光电探测器阵列6的输出端接信号处理电路7的输入端，信号处理电路7的输出端输出数字信号。

所述基片采用硅片等。

所述两端带熔融透镜的输入光纤3的一端与激光二极管2耦合，所述两端带熔融透镜的输入光纤3的一端通过设于基板1上的槽与金丝固定，所述金丝两端固定；所述两端带熔融透镜的输入光纤3的另一端与两端带熔融透镜的输出光纤组4中多头的一端固定在设于基片1上的通孔中；两端带熔融透镜的输出光纤组4的带熔融透镜的单头一端通过设于基片1上的槽与金丝固定。

所述槽可为V形槽等。

所述两端带熔融透镜的输入光纤3和两端带熔融透镜的输出光纤组4组成花瓣状形状，输入光纤3位于中央，输出光纤组4中的各根光纤组成环状，围绕在输入光纤3的周围并固定在基板1上的通孔10中，便于与带有样品的微流控芯片实现上、下层的对准装配。

所述输出光纤组4中的各根光纤组成环状围绕在输入光纤3的周围并固定在基板1上的通孔10中，可采用树脂固定在基板1上的通孔10中。

以下给出本发明的工作原理：

由激光二极管2发出的特定波长的激光聚焦到两端端带熔融透镜的输入光纤3中，照射在被测样品上，散射光由两端带熔融透镜的输出光纤组4中多头的一端收集，由带熔融透镜的单头的一端耦合进入带输出狭缝的楔形光波导腔5，由楔形波导腔实现分光，选定波长的光由特定位置的狭缝导出进入光电探测器阵列6，光电探测器陈列6输出的电信号进入信号处理电路7，转化成串行数字信号输出。

基板1由硅片制成，激光二极管2，光电探测器阵列6，信号处理电路7通过混合集成的方法集成在基板1上，具有狭缝的楔形波导腔5制作在光电探测器阵列6表面上方。输入光纤3与激光二极管2耦合的一端通过制作在基板1上的V形槽8和一组两端固定的金丝9固定在特定位置而不能移动，此位置经设计保证激光二极管2的输出光接近100％地进入输入光纤3中。输入光纤3的另一端与输出光纤组4中多头的一端组成如图2所示的结构，固定在基板1上形成的通孔10中。输出光纤组4带熔融透镜的单头的一端通过制作在基板1上的V形槽11和一组两端固定的金丝12固定在特定位置而不能移动，此位置经设计保证输出光纤组4带熔融透镜的单头的一端输出的光接近100％进入到带输出狭缝的楔形光波导腔5中。

Claims (4)

1.一种集成化微型拉曼光纤光谱仪，其特征在于设有基板、激光二极管、两端带熔融透镜的输入光纤、两端带熔融透镜的输出光纤组、带输出狭缝的楔形光波导腔、光电探测器阵列和信号处理电路；所述激光二极管、光电探测器阵列和信号处理电路集成在基板上，输入光纤和输出光纤组装配在基板上；带输出狭缝的楔形光波导腔设在光电探测器阵列表面上方，光电探测器阵列的输出端接信号处理电路的输入端，信号处理电路的输出端输出数字信号；所述基板为硅片；所述两端带熔融透镜的输入光纤的一端与激光二极管耦合并通过设于基板上的槽与金丝固定，所述金丝两端固定，所述两端带熔融透镜的输入光纤的另一端与两端带熔融透镜的输出光纤组中多头的一端固定在设于基板上的通孔中；所述两端带熔融透镜的输出光纤组的带熔融透镜的单头一端通过设于基板上的槽与金丝固定。

2.如权利要求1所述的一种集成化微型拉曼光纤光谱仪，其特征在于所述槽为V形槽。

3.如权利要求1所述的一种集成化微型拉曼光纤光谱仪，其特征在于所述两端带熔融透镜的输入光纤和两端带熔融透镜的输出光纤组组成花瓣状形状，输入光纤位于中央，输出光纤组中的各根光纤组成环状，围绕在输入光纤的周围并固定在基板上的通孔中。

4.如权利要求3所述的一种集成化微型拉曼光纤光谱仪，其特征在于所述输出光纤组中的各根光纤组成环状围绕在输入光纤的周围并固定在基板上的通孔中，是采用树脂固定在基板上的通孔中。

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