CN104272088A - 临界角光学传感器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学传感器设备，所述光学传感器设备包含：光学透射结构，其具有平坦的第一面、第二面及第三面；光源，其位于所述结构外侧邻近所述第一面；及光电检测器阵列，其位于棱镜外侧邻近所述第一面。所述结构、光源及光电检测器阵列经配置使得来自所述光源的在所述棱镜与所述结构外侧接近所述第二面的样本之间的光学界面处经全内反射的光在所述第三面处经反射且入射于所述光电检测器阵列的取决于所述样本的折射率的一部分上。所述光源相对于所述结构及光电检测器阵列而定位，使得来自每一光源的所述经全内反射的光对应于所述样本的不同折射率范围且映射到所述光电检测器阵列的对应部分。

Description

临界角光学传感器设备
技术领域
本发明的实施例涉及光学传感器且更明确地说涉及通过感测光学材料与样本之间的界面处的全内反射而测量样本的折射率的光学传感器。
背景技术
使用临界角进行样本的折射率测量的系统在此项技术中是众所周知的，此是作为用以确定介质的折射率的临界角测量的基础的物理原理。当从高折射率介质行进的光以大于临界入射角的入射角入射于高折射率介质与具有较低折射率的另一介质之间的界面上时，可观察到全内反射。所述临界角为两种介质的折射率的函数。然而，如果一种介质的折射率是已知的，那么另一介质的折射率可使用众所周知的方程式依据临界角θC的测量值而确定：
sin θ c = n 2 n 1 .
其中n1为高折射率介质的折射率且n2为低折射率介质的折射率。按照惯例，相对于垂直于两种介质之间的界面的线而测量临界入射角。
美国专利6,097,479描述用于做出临界角测量的传感器，其中光源及光电检测器阵列囊封于用作高折射率介质的光透射壳体中。所述壳体形成具有与样本接触的一个面的棱镜，所述样本用作低折射率介质。来自光源的光在入射角范围内入射于样本与棱镜之间的界面上。以大于临界角的角度入射于界面上的光的一部分经历全内反射且由光电检测器阵列检测。因此，光电检测器阵列的不同部分取决于临界角而由经全内反射的光照明，所述临界角取决于棱镜及样本的折射率。光电检测器阵列的照明图案可经分析以确定样本的折射率。
本发明的实施例在此背景下产生。
附图说明
通过连同附图一起考量以下详细说明可易于理解本发明的教示，附图中：
图1A是根据本发明的实施例的光学传感器设备的三维示意图。
图1B是根据本发明的实施例的光学传感器设备的侧视示意图。
图2是图解说明根据本发明的实施例的光学设备中的光电检测器阵列信号的三维图表。
图3A是图解说明根据本发明的替代实施例的光学传感器设备的侧视示意图。
图3B是图解说明根据本发明的另一替代实施例的光学传感器设备的侧视示意图。
具体实施方式
尽管出于图解目的以下详细说明含有许多特定细节，但所属领域的技术人员将了解，以下细节的许多变化及变更是在本发明的范围内。因此，下文所描述的本发明的示范性实施例是在不失所主张发明的一般性的情况下且在不对所主张发明施加限制的情况下陈述的。
在以下具体实施方式中，将参考形成本发明的一部分的附图，且附图中以图解说明方式展示其中可实践本发明的特定实施例。就此来说，例如“顶部”、“底部”、“前面”、“背面”、“前沿”、“尾沿”等方向性术语有时可参考所描述的各图的定向而使用。由于可以若干个不同定向来定位本发明的实施例的组件，因此方向性术语是出于图解说明目的而使用且绝不具限制性。应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可利用其它实施例并可做出结构或逻辑改变。因此，不应将以下详细说明视为具限制性意义，且本发明的范围由所附权利要求书界定。
术语表
如本文中所使用，以下术语具有以下含义。
热膨胀系数是指材料的量化所述材料的一或多个物理尺寸随温度的改变的改变的性质。
CTE匹配的是指具有类似热膨胀系数(CTE)的材料。出于本申请案的目的，如果两种材料的热膨胀系数在彼此的约两倍内，那么所述两种材料可视为CTE匹配的。
色散(或光学色散)是指通过其将波分离到具有不同频率的光谱分量中的现象，当波在材料中行进时，此由波的速度对其频率的相依性所致。在光学器件中，此可表达为材料的折射率对光的真空波长的相依性。
折射率(Index of Refraction或refractive index)是指材料的通常定义为光在真空(或其它参考介质)中的速度与光在材料中的速度的比率的光学性质。
红外线辐射是指由介于约700纳米(nm)与约100,000nm之间的真空波长表征的电磁辐射。
光通常是指从红外线到紫外线的频率范围内的电磁辐射，其粗略地对应于从约1纳米(10-9米)到约100微米的真空波长范围。
蓝宝石通常是指氧化铝(A12O3)的各向异性菱形晶体形式。
全内反射是指其中给定介质中以大于临界角的角度入射于与具有较低折射率的介质的界面上的电磁辐射从边界完全反射的现象。按照惯例，相对于垂直于两种介质之间的界面的线而测量临界入射角。如果相对于与所述界面相切的线而测量入射角，那么全内反射针对小于临界角的入射角而发生。
紫外线(UV)辐射是指由比可见区域的真空波长短但比软X射线的真空波长长的真空波长表征的电磁辐射。紫外线辐射可细分成以下波长范围：近UV，从约380nm到约200nm；远UV或真空UV(FUV或VUV)，从约200nm到约10nm；及极端UV(EUV或XUV)，从约1nm到约31nm。
真空波长是指如果辐射传播穿过真空那么给定频率的电磁辐射将具有的波长且通过以频率划分的光在真空中的速度而给出。
可见光是指由比IR辐射的真空波长短但比UV辐射的真空波长长的真空波长表征的电磁辐射，可见范围通常视为是从约400nm到约700nm。
导论
基于临界角测量的许多现有技术折射率传感器将光源及光电检测器阵列囊封于形成棱镜的材料(例如，透明环氧树脂)中。现有折射率传感器的一个缺陷是其通常使用仅一个光源，所述光源提供用于折射率测量的一个波长的光。此具有几个缺点。首先，单个光源可限制入射角的范围及因此可测量的折射率的范围。其次，单个光源可限制传感器的分辨率。
现有技术折射率传感器的另一缺陷是光源及光电检测器阵列以集成设计形式与棱镜组合，其中光学环氧树脂囊封光源及光电检测器阵列两者。使用环氧树脂囊封的设计经受环氧树脂在约85℃的温度下开始的降级，从而限制可测量的处理范围。一些现有传感器设计使用与许多流体或化学物质在化学上不可兼容的折射率匹配的塑料棱镜。此些设计在测量界面处需要介入的化学上可兼容材料。另外，塑料棱镜妨碍短波长光的使用。
另一缺点由以下事实引起：通常与样本的界面不是棱镜的面而是由玻璃或胶合到棱镜的面中的一者的其它光密材料制成的“窗”。然而，在用于现有折射率传感器中的棱镜的光学环氧树脂与用于窗的典型材料(例如，硼硅酸盐玻璃)之间存在热膨胀系数(CTE)的显著不匹配。举例来说，典型光学环氧树脂具有约每摄氏度百万分之50(50ppm/℃)的CTE。硼硅酸盐玻璃具有约7ppm/℃的CTE，此CTE约小七倍。硼硅酸盐玻璃的常见光学级别市售名为Schott BK-7。
窗与光学环氧树脂之间的CTE不匹配在正取样的流体处于显著比室温热或冷的温度时可导致问题。
根据本发明的实施例，光学传感器设备可包含克服现有技术折射率传感器的缺点的特征。
光学传感器设备
根据本发明的实施例，新设计的光学传感器设备使用由精加工整体光学透明材料制成的光学波导结构，所述精加工整体光学透明材料同时与光源及光电检测器阵列形成一或多个测量界面。
由精加工光学透明材料制成的光导引结构的使用允许比在塑料棱镜的情况下可能的波长范围宽的波长范围的使用。固体精加工光学透明材料允许反射材料到光导引结构上的直接沉积，从而消除将镜机械地放置于棱镜上的需要。此降低设计复杂性且改进光学信号。
与先前RI传感器设计相比，两个共同波长光源(例如，黄色LED)显著扩展可测量的RI范围。来自两个共同波长光源的光重叠RI范围的中心，此增加信噪比。
图1A及图1B图解说明根据本发明的实施例的光学传感器设备100的实例。光学传感器设备100是基于反射几何形状的。设备100通常包含由光密材料(例如硼硅酸盐玻璃)或蓝宝石制成的光导引结构102。或者，光导引结构102可由石英、金刚石、未经掺杂钇铝石榴石(YAG)、碳酸钙或任何其它光学透明材料制成。光导引结构具有至少三个面Fl、F2及F3。光导引结构102可通过任何适合手段(例如，机械附接、环氧树脂、熔接等)附接到印刷电路板104。两个或两个以上光源106A、106B、106C、106D及光电检测器阵列108附接到印刷电路板104。以实例方式且不以限制方式，每一光源可为一发光二极管(LED)。光源的其它非限制性实例包含固态激光器及半导体激光器。以实例方式且不以限制方式，光导引结构102可呈由光学透射介质或材料制成的棱镜的形式，如图1A及图1B所展示。然而，本发明的实施例不限于利用棱镜来提供所要光导引功能的那些形式。可使用其它几何形状及组件来提供传感器设备100的所要反射几何形状。
光电检测器阵列108通常是光感测元件的任何阵列可产生取决于在阵列的不同部分处接收多少光而变化的信号的位置敏感检测器。所述信号可为模拟或数字电信号。以实例方式且不以限制方式，光电检测器阵列可为光电二极管阵列。或者，在光电检测器阵列中可使用电荷耦合装置的阵列、光敏电阻器及其它类型的光感测元件的阵列。一般来说，阵列中的每一光感测元件可提供对应于所述元件处的辐照度(每单位面积的光学功率)的信号。因此，每一光感测元件提供对应“像素”的辐照度信号，例如，如图2中所展示。任选存储器110(例如，呈集成电路的形式)可耦合到光电检测器阵列108以暂时存储由光电检测器阵列产生的像素信号。以实例方式且不以限制方式，存储器110可为快闪存储器或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。
如图1B中可见，在一角度范围内发射来自光源的光。从光源发射的光通过第一面Fl。通过第一面Fl的光的至少一些光在接近第二面F2的与样本111的界面处经历全内反射。第一面Fl可涂覆由抗反射(AR)涂层。在界面处经全内反射的光在本文中有时称为“经全内反射的光”。在图1A中所绘示的实例中，窗112附接到第二面F2且界面为窗与样本接触的侧。注意，窗112是任选的。如果省略窗，如图1B中所绘示的实例，那么与样本111的界面113可位于第二面F2处。
来自与样本的界面的经全内反射的光在第三面F3处经反射且往回通过第一面F1到光电检测器阵列108。因此，棱镜102将来自光源106A、106B、106C、106D中的每一者的光锥中的某些光映射到光电检测器阵列108上。样本的折射率及光源之间的偏移确定每一光锥的哪一部分将在与样本的界面处经全内反射。
在一些实施例中，棱镜102的材料可经选择使得全内反射发生于第三面F3处。或者，第三面F3可涂覆有金属或电介质反射涂层以促进入射于第三面F3上的光从棱镜102内侧的反射。
为促进折射率的计算，设备100可进一步包含耦合到光电检测器阵列108及/或存储器110的处理器114。处理器114还可耦合到光源106A、106B、106C、106D且可经配置以选择性地控制接通哪一光源及关断哪一光源。处理器114可(例如)通过以适合可执行指令115进行编程而配置以分析由光电检测器阵列测量的辐照度图案并确定与样本的界面处的临界角及对应折射率。明确地说，处理器可分析辐照度图案以确定呈指示在与样本111界面处以临界角反射的光的图案的警示特征的像素位置。接着，可通过依据第一原理根据设备100的组件的已知几何形状及材料性质或根据使用已知折射率的一或多种材料的测量值的简单校准的分析而使警示特征的像素位置与折射率相关。
临界角可依据辐照度图案经确定如下。对于低于临界角的入射角，一些光将在与样本111的界面处折射到样本中，且一些光将反射到光电检测器阵列108。在临界角处，经折射光沿着界面而折射。对于大于临界角之角度，所有光均在与样本111的界面处反射。对应于以临界角所反射的光的光射线可在光电检测器阵列处通过辐照度图案中的低强度与高强度之间的转变而识别。可根据光导引结构102及窗112的已知几何形状及折射率且根据光源及光电检测器阵列108的已知位置而使转变的像素位置与临界角相关。或者，转变的像素位置可使用已知折射率的几个样本根据折射率而校准。光源106A、106B、106C、106D可包含发射处于共同波长的光的两个或两个以上光源(本文中称为“共同波长光源”)及/或发射处于不同波长的光的两个或两个以上光源。以实例方式且不以限制方式，光学传感器设备100可包含四个发光二极管。两个LED可经配置以发射共同波长的光，且两个其它LED可经配置以发射不同波长的光。
使用发射处于相同波长的光的两个光源允许改变比例，使得光电检测器阵列108可过填充，即，填充有超过在单个光源的情况下可能的范围的经全内反射的光。共同波长光源可经配置使得来自不同共同波长光源的经全内反射的光锥一定程度上在光电检测器阵列处重叠。使用两个共同波长光源提供较大折射率范围。额外共同波长光源给出可检测到的极大数目个可分辨折射率，此可取决于共同波长光源如何经配置以填充光电检测器阵列而提供较大折射率范围或较好分辨率或两者的组合。
举例来说，如图1B中所展示，假设光源106B及106C是共同波长光源。用虚线指示来自光源106B的在界面处经历全内反射的光锥。用虚点线指示来自光源106C的在界面处经历全内反射的光锥。在此实例中，将来自两个光源106B、106C的经全内反射的光锥映射到光电检测器阵列的标示为RB及RC的两个对应区域。由于光源106A、106B的不同位置，因此来自这两个源的光在不同入射角范围内在与样本111的界面处经全内反射。这些不同入射角范围在光电检测器阵列处转变为不同辐照度图案。如果光源106B、106C的位置、几何形状及棱镜102的折射率是已知的，那么可通过在光电检测器阵列108处分析辐照度图案而确定样本111的折射率，如上文所论述。
在图1B中所绘示的设备100中，光源106A及106D可发射处于彼此不同且也不同于由共同波长光源106B、106C发射的光的真空波长的真空波长的光。在一个特定非限制性实施方案中，两个共同波长LED均可发射对应于约589nm的真空波长的黄色光。一个非共同波长LED可发射(例如)处于约375nm的真空波长的紫外线光，且另一非共同波长LED可发射(例如)处于约940nm的真空波长的红外线光。
通过包含发射处于两个或两个以上不同波长的光的两个或两个以上光源，设备100可用于估计样本的光学色散。由于材料的色散是材料类型的性质特性，因此测量色散可用于在一种材料与另一材料之间进行区分。以实例方式，处理器114可(例如)通过适合编程而配置以在来自光源106A、106D的光在与样本111的界面处经全内反射时通过分析由光电检测器阵列108获得的辐照度测量来确定样本111的光学色散。光源106A、106D可同时接通或可替代地针对顺序测量一次一个地接通。注意，通过使用以不同波长进行发射的多个光源，设备100可避免对用以从单个光源获得不同波长的光学滤光器的需要。消除对光学滤光器的需要降低设计及机械复杂性且改进功率效率。通过消除光学滤光器，较紧凑设计也是可能的。另外，可通过使用多个光源来改进信噪比(SNR)。由于单个光源的(波长)范围可能受限，因此在多个光源的情况下，较大波长范围是可能的。
存在其中可使用借助传感器设备100做出的光学色散测量的若干种不同方式。以实例方式且不以限制方式，如果使用传感器设备100来测量具有已知溶剂(例如，水(H2O))及已知溶质(例如，过氧化氢(H2O2))的溶液的折射率，那么可使用折射率n对真空波长λ的测量值来估计溶质的浓度。
在本发明的一些实施例中，光源106A、106B、106C、106D与棱镜102之间或棱镜102与光电检测器阵列108之间或两者可存在自由空间间隙g。自由空间间隙允许传感器设备的设计中的一些灵活性，因为光电检测器阵列及光源两者并非均由棱镜材料囊封。自由空间间隙还允许在针对多个光源优化光电检测器阵列处的辐照度填充图案中的额外程度的灵活性。另外，自由空间间隙(例如，空气间隙)与环氧树脂相比较不易受降级影响。
光导引结构102可由刚性光学材料(例如蓝宝石、BK7或未经掺杂石榴石(例如未经掺杂钇铝石榴石(YAG)))制成。如果在不具有窗112的情况下使用，那么光导引结构102的折射率通常必须大于设备100预期测量的最大折射率。或者，如果使用窗，则可期望窗112的折射率大于光导引结构102的折射率以避免在棱镜与窗之间的界面处的全内反射。然而，此并不总是所述情形。举例来说，自由电子金属可放置于界面111处，从而使传感器设备100成为表面等离子共振传感器，实际情况是，其可充当折射率传感器。此外，用于将窗112附接到光导引结构102的粘合剂可为具有比结构102的材料高的折射率但比窗112的材料低的折射率的粘合剂。在一些实施例中，还可期望粘合剂具有比设备100预期测量的最大折射率高的折射率。
窗112是任选的，但对于许多应用，其是优选的。光导引结构102可(例如)使用适合光学粘合剂直接胶合到窗112，或反之亦然。或者，窗可借助折射率匹配的凝胶或油脂使用机械密封件附接到光导引结构(或反之亦然)。或者，光导引结构可熔接到窗。光导引结构102的材料可经选择以与窗112的材料CTE匹配。以实例方式且不以限制方式，棱镜可由具有7.1ppm/℃的CTE的硼硅酸盐玻璃及在c平面(垂直于c轴的平面)中具有4.5ppm/℃的CTE的蓝宝石制成。在此情形中，棱镜的CTE将比窗的CTE大1.6倍，此是充分小的，因此棱镜与窗可视为CTE匹配的。
进一步注意，用于将窗附接到棱镜的粘合剂是充分柔顺的以适应棱镜与窗材料之间的CTE的差异。以实例方式且不以限制方式，对于由硼硅酸盐玻璃制成的棱镜及蓝宝石窗，适合UV固化聚合物粘合剂市售名为诺兰(Norland)光学粘合剂61(或NOA 61)且可从新泽西州克兰伯里市的诺兰产品获得。进一步注意到，NOA 61具有介于硼硅酸盐玻璃与蓝宝石的折射率之间的折射率。
还期望棱镜材料与印刷电路板104的材料CTE匹配。以实例方式，印刷电路板可由玻璃增强环氧树脂合成材料(例如FR4)制成，此为约11ppm/℃的CTE，此充分接近于出于本发明的实施例的目的将视为CTE匹配的硼硅酸盐玻璃的CTE。
在上文所描述的实施例上可做出若干变化。除其它外，图3A及图3B中展示两种可能变化。如图3A中所展示，在光学传感器设备300中，光源306A、306B及光电检测器阵列308可接近大光导引结构302的第一面Fl以约共平面配置定位。第一面F1可涂覆有抗反射(AR)涂层。来自源306A、306B的光朝向附接到第二面F2的窗312通过第一面Fl。全内反射在每一光源306A、306B的对应入射角范围内发生于窗312与样本311之间的界面313处。经全内反射的光的一部分在第三面F3处经反射且往回通过第一面Fl到光电检测器308。如果棱镜312由具有相对高折射率(例如，约1.7或大于1.7)的材料制成，那么在界面313处经全内反射的光还可在第三面F3处经全内反射。或者，可在第三面F3上形成金属或电介质反射涂层。
棱镜302可由高折射率的若干种不同材料制成。以实例方式且不以限制方式，棱镜302可经制成可以大致三角形形状从蓝宝石晶片切割，且三角形的边缘可经抛光以提供面Fl、F2及F3。为避免由双折射所致的来自每一光源的两个重叠响应，可期望定向蓝宝石，使得其光学轴(所谓的c轴)垂直于形成棱镜的晶片的平面而定向。
棱镜302的较大大小适应光源306A、306B之间的较大横向间距Dl及光源306B与光电检测器阵列308之间的大横向间距D2。棱镜302的较大大小及大间距Dl在针对其来自光源306A、306B的光于界面313处经全内反射的入射角范围中允许相对小量的重叠，但仍允许每一入射角范围填充光电检测器阵列308。在整个光电检测器阵列内扩展每一光源的入射角范围允许折射率的较好分辨率，因为针对界面313处的全内反射的入射角及对应折射率散布在较大数目个像素内。图3A中所展示的特定几何形状允许此经改进分辨率，同时允许光源306A、306B及光电检测器阵列相对于共同支撑件(未展示)的平面处于大约相同高度。以实例方式，共同支撑件可为印刷电路板，如图1A及图1B的PCB 104。对于一些应用，可期望使用较小光导引结构，同时保持光源306A、306B之间的相对大横向间距Dl及光源306B与光电检测器阵列之间的大横向间距D2。如果光电检测器阵列308的大小保持与在图3A中相同且光电检测器阵列及光源306A、306B处于相同高度，那么此将导致折射率的较差分辨率，因为针对界面313处的全内反射的每一入射角范围将散布在较小数目个像素内。然而，此问题可通过将光电检测器阵列308的相对高度相对于光源306A、306B的高度偏移间隙g而克服。此将光电检测器阵列308放在距棱镜302的第一面Fl较远处，如图3B中所绘示的设备300'中所展示。在此情形中，可在不牺牲分辨率且不需要光源及光电检测器阵列处于相同相对高度的情况下测量折射率的所要范围。
注意，图3A中所绘示的光学传感器设备300及图3B中所绘示的光学传感器设备300'可包含上文所描述的其它组件，例如额外光源、存储器、处理器及软件。为清晰起见，已从图式省略这些组件。此外，尽管图3A及图3B中绘示两个光源306A、306B，但所属领域的技术人员将认识到，可使用两个以上光源。此外，所述光源可包含两个或两个以上共同波长光源或发射处于不同真空波长的光的两个或两个以上光源或光源的这些配置的某一组合。
本文中所描述的类型的光学传感器具有优于有竞争性浓度感测技术(例如光学吸收)的众多优点。举例来说，由于光被反射而非被透射，因此不存在关于测量不透明流体样本的折射率的问题。此外，传感器设备可与用于窗的任何材料一起使用。举例来说，在一些应用(例如医药制造)中，可使用由透明塑料制成的一次性塑料袋来提供窗。
另外，本文中所描述的类型的传感器设备的校准比针对吸收光谱学传感器的校准容易得多。如果受测试的样本相对简单，那么不必测量物质形成。所关注的物质的校准可通过执行所关注的物质的自动滴定同时借助传感器测量随通过自动滴定确定的物质浓度而变的折射率而进行。通过取得用于校准样本的辐照度对像素位置的导数，可能确定校准样本的折射率在像素位置的小分数内。一连串的折射率测量值对像素位置可针对已知浓度的一系列样本而进行，且所得校准可存储于存储器110中。校准中的偏移可通过针对参考样本(例如去离子水)执行辐照度对像素位置的一连串的测量及将所述校准重新调零而移位。
因此，本文中所描述的类型的传感器设备在近IR或UV可见波长范围中可与吸收光谱测定法竞争。本文中所描述的实施例的反射几何形状还提供优于使用透射几何形状的传感器的实质优点。举例来说，可消除衍射及吸附效应，且可测量不透明流体的折射率。
虽然上文是对本发明的优选实施例的完整说明，但可使用各种替代方案、修改及等效物。因此，本发明的范围不应参考上述说明来确定而是应参考所附权利要求书连同其等效物的全部范围来确定。任何特征(无论是否为优选的)均可与任何其它特征(无论是否为优选的)组合。在以下权利要求书中，不定冠词“一(A或An)”是指所述冠词后的项目中的一或多者的数量，除非另外明确陈述。所附权利要求书不应解释为包含构件加功能限制，除非在给定权利要求中使用短语“用于…的构件”明确陈述此限制。权利要求中不明确叙述为“用于”执行指定功能的“构件”的任何元件不应解释为“构件”或“步骤”条款，如35 USC§112,6中所指定。

Claims (15)

1.一种光学传感器设备，其包括：
光学透射光导引结构，其具有平坦的第一面、第二面及第三面；
两个或两个以上光源，其位于所述光导引结构外侧邻近所述第一面；
光电检测器阵列，其位于所述光导引结构外侧邻近所述第一面，
其中所述光导引结构、光源及光电检测器阵列经配置使得来自所述两个或两个以上光源的在所述光导引件与所述光导引结构外侧接近所述第二面的样本之间的光学界面处经全内反射的光在所述第三面处经反射且入射于所述光电检测器阵列的取决于所述样本的折射率的一部分上，
其中所述两个或两个以上光源相对于所述光导引结构及光电检测器阵列而定位，使得来自所述两个或两个以上光源中的每一者的在所述界面处经全内反射且在所述第三面处经反射的光对应于所述样本的不同折射率范围且映射到所述光电检测器阵列的对应部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个或两个以上光源通过自由空间间隙而与所述光导引件分离。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述光电检测器阵列通过自由空间间隙而与所述光导引件分离。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个或两个以上光源包含经配置以发射共同真空波长的光的两个或两个以上共同波长光源，其中所述两个或两个以上共同波长光源相对于所述光导引件及光电检测器阵列而定位，使得来自所述两个或两个以上共同波长光源中的每一者的在所述界面处经全内反射且在所述第三面处经反射的光对应于所述样本的不同折射率范围且映射到所述光电检测器阵列的对应部分。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个或两个以上光源包含经配置以发射不同对应真空波长的光的两个或两个以上光源。
6.根据权利要求5所述的设备，其进一步包括耦合到所述光电检测器阵列的处理器，其中所述处理器经配置以依据所述光电检测器阵列关于来自所述两个或两个以上光源的光获得的测量值而确定所述样本的光学色散，所述两个或两个以上光源经配置以发射在所述界面处经全内反射的不同对应真空波长的光。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个或两个以上光源、棱镜及光电检测器阵列经配置使得来自所述一或多个光源的在所述界面处经全内反射的光在离开所述一或多个光源与所述界面处的全内反射之间第一次通过所述第一面且在所述界面处的所述全内反射与到达所述光电检测器阵列之间第二次通过所述共同面。
8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括附接到所述棱镜的面的光学窗，其中所述光学窗由大于所述光导引结构的折射率的折射率表征。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述光导引结构由与所述窗的材料CTE匹配的材料制成。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述光导引结构由硼硅酸盐玻璃制成且所述窗由蓝宝石制成。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述光导引结构经配置使得来自所述两个或两个以上光源的在光学界面处经全内反射的光在所述第三面处经全内反射。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述两个或两个以上光源及所述光电检测器阵列相对于支撑结构处于实质上相同高度。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述两个或两个以上光源相对于支撑结构处于实质上相同高度，且所述光电检测器阵列的高度相对于所述两个或两个以上光源的所述高度而偏移。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述光导引结构由蓝宝石晶片制成。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述蓝宝石晶片的光学轴垂直于所述蓝宝石晶片的平面而定向。
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