CN106198395A - 一种雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法，所述系统包括：光学密封盒、光谱仪、光纤、三轴光纤调节架、雪崩二极管探测器，所述光谱仪对样品发射的光信号进行光谱过滤，所述光学密封盒固接于光谱仪的出射狭缝端，接收由光谱仪出射的光信号，并屏蔽外部杂散光，光纤的输入端通过三轴光纤调节架固定至光学密封盒，接收所述光信号，雪崩二极管探测器，其光纤接口连接光纤的输出端，用于探测所述光信号，本发明采用光纤将雪崩二极管探测器光耦合转变为光纤的光耦合，来实现方便、准确进行光谱测量。

Description

一种雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及光谱测量技术领域，尤其是涉及光谱测量过程中的雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法。
背景技术
雪崩二极管单光子探测器是一种探测极微弱光的光电器件，单光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点，采用脉冲甄别计数和数字计数技术把极其微弱的信号识别并提取出来。雪崩二极管单光子探测器是测量半导体单量子点微弱荧光的时间分辨、光子二阶关联光谱必不可少的仪器，可以用来研究单量子点自发辐射寿命、光子统计特性等光学性质。
在实际的光谱测量中，需要把微弱的样品荧光耦合到雪崩二极管探测器中，从而得到荧光强度的信息。本领域常规的做法是用透镜将样品荧光聚焦到探测器的接受单元上，而接受单元的有效区域尺寸一般为几十到几百微米，所以需要通过三维位移台调节探测器的位置，实现荧光耦合最佳，进而探测到的荧光强度较强。然而，样品荧光强度要比日光灯甚至电脑屏幕光及各种仪器的指示灯光弱很多。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提供一种在光谱测量过程中的雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法，来实现方便、准确进行光谱测量。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种雪崩二极管探测器光耦合系统，所述系统包括：光学密封盒、光谱仪、光纤、雪崩二极管探测器；
所述光谱仪，用于对样品发射的光信号进行光谱过滤；
所述光学密封盒，固接于光谱仪的出射狭缝端，接收由光谱仪出射的光信号，并屏蔽外部杂散光；
光纤的输入端固定至光学密封盒，接收所述光信号；
雪崩二极管探测器，其光纤接口连接光纤的输出端，用于探测所述光信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种雪崩二极管探测器光耦合系统的测量方法，具体包括以下步骤：
调节透镜三维调节架，调节耦合透镜的位置，将光信号耦合至光纤；
连接光学密封盒与光谱仪，盖上光学密封盒的上盖，并拧紧固定螺丝，完成对外部杂散光的屏蔽；
通过监视雪崩二极管探测器的光信号强度，调节三轴光纤调节架，使光信号经耦合透镜后恰好聚焦在光纤的输入端的光纤纤芯上；
观测雪崩二极管探测器完成测量。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明采用雪崩二极管探测器光耦合系统及其测量方法具有以下有益效果：
(1)通过设置光学密封盒，实现在微弱光的光谱测量过程中，有效屏蔽日光灯等杂散光；
(2)采用光纤将雪崩二极管探测器光耦合转变为光纤的光耦合，通过调节置于光学密封盒外侧壁的三轴光纤调节架使得光耦合调节更加方便和灵活。
附图说明
图1为根据本发明实施例采用的雪崩二极管探测器光耦合系统的结构示意图；
图2为图1中三轴光纤调节架的示意图；
图3为根据本发明实施例采用的雪崩二极管探测器光耦合系统的测量方法的流程图。
【主要元件符号说明】
1-光学密封盒；2-光谱仪；3-上下轴调节旋钮；4-左右轴调节旋钮；5-前后轴调节旋钮；6-光纤；7-雪崩二极管探测器；8-准直透镜；9-耦合透镜三维调节架；10-耦合透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种雪崩二极管探测器光耦合系统，如附图1所示，该系统主要包括：光学密封盒1、光谱仪2，准直透镜8，耦合透镜10，耦合透镜三维调节架9，光纤6，三轴光纤调节架，雪崩二极管探测器7。光学密封盒1内的准直透镜8接收经光谱仪2光谱过滤的光信号，经耦合透镜10耦合至光纤6传导至雪崩二极管探测器7进行探测，三轴光纤调节架用于调节光纤输入端的位置，使光纤输入端接收光信号达到最佳。
其中，所述准直透镜8，耦合透镜10，耦合透镜三维调节架9，光纤6的输入端位于所述光学密封盒1内，光信号在传输过程中与外界隔离，避免了外界杂散光，如日光灯、电脑屏幕或仪器指示灯等，对光信号的影响。
具体的，光学密封盒1，包括盒体及上盖，均采用遮光材料，用于对外部杂散光的屏蔽，光学密封盒1的光信号入口对准光谱仪2的出射狭缝，接收从光谱仪2出射狭缝出射的光信号，该光学密封盒1和光谱仪2通过螺丝连接到一起，外部杂散光被屏蔽于光学密封盒之外，避免对光信号产生干扰。
光学密封盒内部的准直透镜8，用于对由光谱仪2出射并且进入光学密封盒的光信号进行准直，透镜三维调节架9支撑耦合透镜10，并用于调节耦合透镜10的位置，将光信号耦合至光纤6。光纤6的输入端穿过三轴光纤调节架中间的通孔并通过三轴光纤调节架固定至光学密封盒1内，光纤6输入端位于光学密封盒1内用于接收光信号，雪崩二极管探测器7选用配置光纤接口的型号，光纤6的输出端连接到雪崩二极管探测器7的光纤接口，用于将光纤6输入端从光学密封盒1内接收到的光信号传递到雪崩二极管探测器7。
三轴光纤调节架，为光学密封型，光纤6从其中间的通孔穿过并固定于其上，三轴光纤调节架固定于光学密封盒1的外侧壁上，其包括上下轴调节旋钮3、左右轴调节旋钮4、前后轴调节旋钮5，如图2所示，用于调节位于密封盒1内的光纤6输入端的光纤纤芯的位置，其中上下轴调节旋钮3、左右轴调节旋钮4用于对光纤6和光信号在垂直光路传播方向的光耦合优化调节，前后轴调节旋钮5用于对光纤6和光信号在光路传播方向上的光耦合优化调节。
本发明还提供了一种测量方法，采用前述的雪崩二极管探测器光耦合系统，具体包括以下步骤，如附图3所示：
步骤S301调节透镜三维调节架9，调节耦合透镜10的位置，将光信号耦合至光纤6；
步骤S302连接光学密封盒1与光谱仪2，盖上光学密封盒1的上盖，并拧紧固定螺丝，完成对外部杂散光的屏蔽；
步骤S303通过监视雪崩二极管探测器7的光信号强度，调节三轴光纤调节架，使光信号经耦合透镜10后恰好聚焦在光纤输入端的光纤纤芯上；
步骤S304观测雪崩二极管探测器7，完成测量。
如上所述，本发明采用光纤将雪崩二极管探测器光耦合转变为光纤的光耦合，通过光学密封盒1完成了对外部杂散光的屏蔽，通过外置于光学密封盒1上的三轴光纤调节架的上下、左右、前后轴调节旋钮3、4、5来完成微弱光信号和雪崩二极管探测器7的光耦合优化调节。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
应注意，附图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种雪崩二极管探测器光耦合系统，其特征在于，所述系统包括：光学密封盒(1)、光谱仪(2)、光纤(6)、雪崩二极管探测器(7)；
所述光谱仪(2)，用于对样品发射的光信号进行光谱过滤；
所述光学密封盒(1)，固接于所述光谱仪(2)的出射狭缝端，接收由光谱仪(2)出射的光信号，并屏蔽外部杂散光；
所述光纤(6)，其输入端固定至所述光学密封盒(1)，接收所述光信号；
所述雪崩二极管探测器(7)，其光纤接口连接光纤(6)的输出端，用于探测所述光信号。
2.根据权利要求1所述的雪崩二极管探测器光耦合系统，其特征在于，还包括：
三轴光纤调节架，将光纤(6)固定至光学密封盒(1)的侧壁上，光纤(6)的输入端穿过三轴光纤调节架中间的通孔置于光学密封盒(1)内，所述三轴光纤调节架用于调节光纤(6)的输入端的位置。
3.根据权利要求2所述的雪崩二极管探测器光耦合系统，其特征在于：上述三轴光纤调节架固定于光学密封盒(1)的外侧壁上，包括上下轴调节旋钮(3)、左右轴调节旋钮(4)、前后轴调节旋钮(5)；
所述上下轴调节旋钮(3)和所述左右轴调节旋钮(4)用于对光纤(6)和光信号在垂直光路传播方向的光耦合优化调节；
所述前后轴调节旋钮(5)用于对光纤(6)和光信号在光路传播方向的光耦合优化调节。
4.根据权利要求1至3任一所述的雪崩二极管探测器光耦合系统，其特征在于，所述光学密封盒(1)包括盒体及上盖，所述盒体内设置：
准直透镜(8)，对由光谱仪(2)出射并且进入光学密封盒(1)的光信号进行准直；
耦合透镜(10)，接收经所述准直透镜(8)准直后的光信号，并将光信号耦合至所述光纤(6)的输入端；
耦合透镜三维调节架(9)，支撑所述耦合透镜(10)，调节耦合透镜10的位置。
5.一种采用权利要求1至4中任一项所述雪崩二极管探测器光耦合系统的测量方法，其特征在于，包括：
步骤S302：连接光学密封盒(1)与光谱仪(2)，盖上光学密封盒(1)的上盖，并拧紧固定螺丝，完成对外部杂散光的屏蔽；
步骤S303：通过监视雪崩二极管探测器(7)的光信号强度，调节三轴光纤调节架，使光纤(6)接收光信号；
步骤S304：观测雪崩二极管探测器(7)，完成测量。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述光学密封盒(1)包括盒体及上盖，所述盒体内设置：
准直透镜(8)，对由光谱仪(2)出射并且进入光学密封盒(1)的光信号进行准直；
耦合透镜(10)，接收经所述准直透镜(8)准直后的光信号，并将光信号耦合至所述光纤(6)的输入端；
耦合透镜三维调节架(9)，支撑所述耦合透镜(10)，调节耦合透镜10的位置；
步骤S302之前还包括：
步骤S301：调节耦合透镜三维调节架(9)，调节耦合透镜(10)的位置，将光信号耦合至光纤(6)。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：
所述步骤S303具体为：通过监视雪崩二极管探测器(7)的光信号强度，调节三轴光纤调节架，使光信号经耦合透镜(10)后恰好聚焦在光纤输入端的光纤纤芯上。
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