CN106323467A - 微型光纤光栅光谱仪 - Google Patents
微型光纤光栅光谱仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106323467A CN106323467A CN201610871267.7A CN201610871267A CN106323467A CN 106323467 A CN106323467 A CN 106323467A CN 201610871267 A CN201610871267 A CN 201610871267A CN 106323467 A CN106323467 A CN 106323467A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- array ccd
- linear array
- computer
- face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 7
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 101100166427 Arabidopsis thaliana CCD4 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2846—Investigating the spectrum using modulation grid; Grid spectrometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
本发明公开的微型光纤光栅光谱仪，包括计算机、电源、测量系统，测量系统包括基座、光纤、聚焦光学元件、线阵CCD，测量系统放在TEC上，利用在光纤端面上刻好的光栅使入射光发生色散现象，将需测量的光聚焦后送入线阵CCD中，经线阵CCD处理后将波长与强度的关系图显示在计算机上；计算机和线阵CCD分别与电源相连；光纤固定在基座上，光栅经过聚焦光学元件后与线阵CCD相连，线阵CCD放在聚焦光学元件的焦平面上，线阵CCD通过USB接口与计算机相连；本发明的优点在于，体积更小，栅距可控，温度可调，测量范围更宽，实现了光栅和光纤的集成，适用于在线实时检测。
Description
技术领域
本发明属于光谱测量仪器领域，涉及微型光纤光栅光谱仪。
技术背景
随着MEMS、微光学等微制造技术的发展，光谱仪器的微型化成为可能，光谱仪的微型化是光谱仪器的一个重要发展方向。和传统光谱仪相比，微型光谱仪由于它体较小、价格便宜等优点广泛应用于许多测量、控制领域。光纤具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻等特点而备受业內人士青睐，发展非常迅速。光纤的快速发展使得光谱仪的发展快速崛起，使用光纤可以缩小和减轻整个光谱仪的体积和重量
传统的光谱仪光学系统结构复杂，体积较大，需通过旋转光栅对整个光谱进行扫描，测量速度慢，对某些测量样品还需经过特定的预处理，并且需要放在仪器的固定样品室内进行测量。微型光纤光栅光谱仪虽然大大缩小了体积，但其体积仍然很大，光栅和光纤分离，光栅的雕刻对光纤造成了破坏，被测光的波长范围较窄，部分紫外光和红外光无法实现测量。传统的微型光纤光栅光谱仪仍存在许多缺陷，需要一种体积更小，栅距可控，温度可调的新型光纤光栅光谱仪来实现被测光的波长范围更宽的测量。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种体积更小、栅距可控的微型光纤光栅光谱仪。可利用飞秒激光器或聚焦离子束在不破坏光纤的基础上完成光栅的雕刻，实现光纤和光栅的集成，可利用TEC实现温度控制，被测光的波长范围在亚波长级，即100nm-1μm。适用于在线实时检测，传输损耗小且不受电磁干扰。
本发明的技术解决方案如下：
微型光纤光栅光谱仪由测量系统、计算机、电源组成。其中电源模块采用高精度恒流恒压源，基座、光纤、聚焦光学元件、线阵CCD安装在测量系统内，测量系统放在TEC上控制温度，温度范围在-5℃-100℃之间，光纤的端面使用飞秒激光器或聚焦离子束刻上500nm-1000nm的光栅，聚焦光学元件的焦距为20mm，线阵CCD放在聚焦光学元件的焦平面后。计算机通过USB接口与测量系统相连。电源与线阵CCD相连。
测量系统中的光纤作为信号耦合器件，将被测光耦合，经光栅色散，将入射的单束复合光分解为多束单色光，多束单色光经过聚焦光学元件按照波长的顺序成像在聚焦光学元件焦平面上；这样，单束的复合光经过测量系统后变成了多束单色光的像，经过CCD瞬间采集，将焦平面上接收的光谱能量转换成易于测量的电信号，并测量出对应光谱组成部分的波长和强度，相应测量出各波长光的强度，得到光能量按波长的发布规律。将CCD测量出来的电信号经过初步处理后存储或通过USB接口上传给计算机，在计算机上对光谱数据进行进一步数据处理及显示等。
本发明的有益效果在于：
1.体积更小且栅距可控在500nm-1000nm，可利用飞秒激光器或聚焦离子束在不破坏光纤的基础上完成光栅的雕刻，实现光纤和光栅的集成，可利用TEC实现温度控制，被测光的波长范围较宽，在亚波长级即100nm-1μm。
2.设计使用聚焦光学元件聚焦在线阵CCD上，这种CCD处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制。
附图说明
图1是微型光纤光栅光谱仪结构示意图。
图2是沟槽型光栅的截面图。
图3是线型光栅的截面图。
主要符号说明如下：
1-基座；2-光纤光栅；3-聚焦光学元件；4-线阵CCD；5-测量系统；
6-计算机；7-电源；8-TEC；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步描述。
参见图1所示，微型光纤光栅光谱仪由基座1、光纤光栅2、聚焦光学元件3、线阵CCD4、计算机6、电源7、TEC8组成。其中电源模块采用高精度恒流恒压源，基座1、光纤2、聚焦光学元件3、线阵CCD4安装在测量系统5内，测量系统5放在TEC8上控制温度，线阵CCD4由感光元件、移位信号寄存器、并行信号寄存器、信号放大器、模数转换器和USB接口组成。计算机6通过USB接口与测量系统5相连。电源7采用香蕉线与系统内部的线阵CCD4相连
微型光纤光栅光谱仪的光纤端面使用飞秒激光器或聚焦离子束在不破坏上述的光纤的基础上雕刻500nm-1000nm的光栅，实现光纤和光栅的集成，上述的聚焦光学元件3焦距为20mm。上述的线阵CCD4放在上述的聚焦光学元件3的焦平面后，USB接口作为数据传输通道与上述的计算机11相连。
图2所示为沟槽型光栅的截面图，在图2所示的实例中，光纤的端面使用飞秒激光器或聚焦离子束刻上500nm-1000nm沟槽型光栅。
图3所示为线型光栅的截面图，在图3所示的实例中，光纤的端面使用飞秒激光器或聚焦离子束刻上500nm-1000nm线型光栅。
该系统工作流程：光进入光纤经过光纤端面的光栅后发生色散现象，通过聚焦光学元件聚焦后送入线阵CCD中，感光元件接收到光后激发出电荷，移位信号寄存器暂时储存感光后产生的电荷，并行信号寄存器暂时储存寄存器中的模拟信号并将电荷转移放大，信号放大器放大微弱的电信号，模数转换器将放大的电信号转换成数字信号，数据经过USB接口传输到计算机中并且通过计算机显示出强度和波长的关系图。
Claims (4)
1.微型光纤光栅光谱仪，包括计算机、电源、测量系统、半导体制冷片(TEC)，所述的测量系统包括基座、光纤、聚焦光学元件、线阵CCD，所述的测量系统放在所述的TEC上，所述的TEC控制温度在-5℃-100℃之间可调，所述的计算机和所述的线阵CCD分别与所述的电源相连，所述的线阵CCD通过所述的USB接口与所述的计算机相连；其特征是所述的光纤固定在所述的基座上，所述的光纤端面用飞秒激光器或聚焦离子束在不破坏光纤的基础上雕刻500nm-1000nm的光栅，所述的光纤经过所述的聚焦光学元件聚焦后连接至所述的线阵CCD。
2.根据权利要求1所述的微型光纤光栅光谱仪，其特征是所述的聚焦光学元件焦距为20mm。
3.根据权利要求1所述的微型光纤光栅光谱仪，其特征是所述的光纤端面为沟槽型端面或线型端面。
4.根据权利要求1所述的微型光纤光栅光谱仪，其特征是被测光波长范围在100nm-1μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610871267.7A CN106323467A (zh) | 2016-09-30 | 2016-09-30 | 微型光纤光栅光谱仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610871267.7A CN106323467A (zh) | 2016-09-30 | 2016-09-30 | 微型光纤光栅光谱仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106323467A true CN106323467A (zh) | 2017-01-11 |
Family
ID=57820600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610871267.7A Pending CN106323467A (zh) | 2016-09-30 | 2016-09-30 | 微型光纤光栅光谱仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106323467A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407205A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-01 | 宁波大学 | 一种硫系玻璃光纤端面衍射光栅的制作装置及制作方法 |
| CN118474939A (zh) * | 2024-07-09 | 2024-08-09 | 凉山康利农业集团有限公司 | 一种可见光的强度控制方法及其系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202330264U (zh) * | 2011-06-29 | 2012-07-11 | 北京工业大学 | 光纤耦合波导光栅传感器 |
| CN103398778A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-11-20 | 深圳先进技术研究院 | 微型光谱仪及其制备装配方法 |
-
2016
- 2016-09-30 CN CN201610871267.7A patent/CN106323467A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202330264U (zh) * | 2011-06-29 | 2012-07-11 | 北京工业大学 | 光纤耦合波导光栅传感器 |
| CN103398778A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-11-20 | 深圳先进技术研究院 | 微型光谱仪及其制备装配方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407205A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-01 | 宁波大学 | 一种硫系玻璃光纤端面衍射光栅的制作装置及制作方法 |
| CN109407205B (zh) * | 2018-12-19 | 2020-12-29 | 宁波大学 | 一种硫系玻璃光纤端面衍射光栅的制作装置及制作方法 |
| CN118474939A (zh) * | 2024-07-09 | 2024-08-09 | 凉山康利农业集团有限公司 | 一种可见光的强度控制方法及其系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Harris et al. | Photonic spatial reformatting of stellar light for diffraction-limited spectroscopy | |
| CN105784334B (zh) | 基于光电探测器和ccd相机的光纤激光光束质量测量方法 | |
| Luo et al. | Fiber-based chromatic confocal microscope with Gaussian fitting method | |
| CN103424190B (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| CN105784682A (zh) | 一种激光诱导击穿光谱检测装置及检测方法 | |
| CN103884659B (zh) | 角分辨微纳光谱分析装置 | |
| CN104880433B (zh) | 基于离轴抛物反射镜的高分辨率mems微镜红外光谱仪 | |
| CN101858785A (zh) | 用于提高微型光谱仪光谱质量的装置 | |
| CN102589428A (zh) | 基于非对称入射的样品轴向位置跟踪校正的方法和装置 | |
| CN103954359A (zh) | 一种光谱测量范围及分辨率可调的变焦光谱仪 | |
| CN102735620A (zh) | 近场光谱关联成像装置 | |
| CN111220573B (zh) | 一种非线性光学吸收截面测量方法 | |
| CN105258802A (zh) | 基于粗精二级分光结构的非稳环境瞬态温度测量装置 | |
| CN106323467A (zh) | 微型光纤光栅光谱仪 | |
| Devi et al. | A table-top compact multimodal nonlinear laser tweezer | |
| CN115307569A (zh) | 一种基于双波段探测的双轴光谱线共焦传感器 | |
| CN107478604B (zh) | 透明材料折射率的测量装置和测量方法 | |
| CN104316629A (zh) | 一种液相多通道检测器装置 | |
| Zhou et al. | Fabrication of Fresnel zone plate in chalcogenide glass and fiber end with femtosecond laser direct writing | |
| CN105738081A (zh) | 用于光路准直和相对光谱透过率检测装置及其检测方法 | |
| CN110567934A (zh) | 一种基于微结构光纤的拉曼测试辅助调节耦合的实时成像系统及测试方法 | |
| Cui et al. | Spatial heterodyne offset Raman spectroscopy enabling rapid, high sensitivity characterization of materials’ interfaces | |
| CN210571973U (zh) | 一种带有光镊的显微拉曼系统 | |
| CN105333955A (zh) | 一种基于dsp和fpga的多路型光纤光谱仪系统 | |
| JP7486178B2 (ja) | 分光分析装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170111 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |