CN107923843A - 光导设备、测量系统和用于制造光导设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在光源（107）和用于测量气体或物质浓度的测量单元（114）之间传导光束（108）的光导设备（102）。光导设备（102）包括光导体（104），所述光导体具有至少一个朝向或可朝向光源（107）布置的耦合输入部段（106）以耦合输入光束（108）和朝向或可朝向测量单元（114）布置的耦合输出部段（110）以耦合输出光束（108）。光导体（104）构成为，将光束（108）通过在与包围光导体（104）的流体或具有与光导体（104）相比更小的折射率的材料的边界面处的全反射而在耦合输入部段（106）和耦合输出部段（110）之间传导。此外，光导设备（102）具有保持装置（120），所述保持装置构成为，将光导体（104）保持在流体中，使得光导体（104）的表面的至少一个主要部分与流体接触。
Description
技术领域
本发明基于根据独立权利要求的类型的设备或方法。本发明的主题也是计算机程序。
背景技术
光导体、诸如玻璃纤维或波导通常由芯（英语为core）和外罩（英语为cladding（覆层））构成，其中基于全反射的引导光的效果通过下述方式形成：芯与外罩相比具有更高的折射率。
尤其在电信领域中，折射率之间的差异能够很低地失效，例如小于0.05。
用于诸如在吸收光谱学的领域中的传感器应用的光导体例如能够构成为，将从光源开始的、用于基准测量的光路分开，并且在此将尽可能多的光传导至灵敏单元。光束例如能够借助于平坦的光导结构、如Y耦合器分开。
发明内容
在所述背景下，借助在此介绍的方案，提出：一种根据独立权利要求所述的光导设备，所述光导设备用于将光束在光源和测量单元之间传导，所述测量单元用于测量气体浓度；一种测量系统；一种用于制造光导设备的方法；此外一种设备，所述设备使用所述方法；以及最后是一种相应的计算机程序。通过在从属权利要求中列举的措施，可以实现在独立权利要求中说明的设备的有利的扩展方案和改进方案。
提出一种用于在光源和用于测量物质浓度的测量单元之间传导光束的光导设备，其中光导设备具有下述特征：
光导体，所述光导体具有至少一个朝向或可朝向光源的耦合输入部段以耦合输入光束和朝向或可朝向测量单元的耦合输出部段以耦合输出光束，其中光导体构成为，将光束通过在与包围光导体的流体或具有比光导体更小的折射率的材料的边界面处的全反射而在耦合输入部段和耦合输出部段之间传导；和
保持装置，所述保持装置构成为，将光导体在流体中保持，使得光导体的表面的至少一个主要部分与流体接触。
光导体能够理解成透明的构件，例如呈直的、弯曲的或分支的棒或杆的形式。尤其地，光导体能够适合于使用在小型化的系统中。光传导在此通过在光导体的边界面处的反射来实现，要么通过由于包围光导体的流体的更小的折射率的全反射，要么也通过边界面的镜反射来实现。光源例如能够为一个或多个发光二极管或者一个或多个激光二极管。例如，光源也能够具有一个或多个反射元件、如镜，以便将从光源的发光单元发出的光沿光源的期望的光输出方向传导。能够将耦合输入或输出部段理解成光导体的表面的一个部段、尤其是例如横截面。横截面例如能够是矩形的、圆形的或六边形的。测量单元例如能够理解成测量元件、测量探测器或基准探测器。流体能够为气体或气体混合物、诸如空气，或者也为液体、诸如油。材料能够为透明材料、诸如硅树脂材料。为了避免污物和由其造成的测量错误，光导体例如能够布置或可布置在由流体或材料填充的或可填充的并且可流体密封地封闭的壳体中。能够将保持装置理解成用于固定或安置光导体的固持件。例如，保持装置能够力配合地、形状配合地或材料配合地与光导体连接。但是，能够设想的还有光导体和保持装置的一件式的实施方案，其中光导体和保持装置能够由相同的材料制成。
在此描述的方案基于下述知识，利用无外罩的光导体和用于将光导体定位或固定在形成与光导体的边界面的介质中的相应支架，能够实现紧凑的和鲁棒的光导体系统，所述光导体系统根据实施方式能够实现光学部件、诸如曲面、模混合器、分光器和Y耦合器的相对简单的集成。通过光导体的相应厚的芯层，尤其能够例如结合所谓的对接耦合、但是也在耦合输入准直光的情况下确保高的耦合输入。此外，由此能够实现关于光导体和包围光导体的介质的高的折射率差，由此又造成用于有效的光耦合输入的大的容许角度。
有利地，这种光导设备能够具有对于200至400nm的UV范围中的光束的高的透射率，并且此外是抗反转作用的。因此，光导设备良好地适合于在吸收光谱学中、尤其在UV吸收光谱学中用于光学探测（废）气体，诸如氮氧化物（NO，NO2）和氧化硫（SO2）以及氨（NH3）或臭氧（O3）。
光导设备例如能够以独立的、具有空气-真空外罩的玻璃芯光导体的形式实现。这种光导系统的优点在于，能够耦合输入和引导尽可能多的光，其中同时能够实现元件，如耦合器。此外有利的是，光导设备在没有透镜的情况下就够用的并且可小型化。由此，一方面，能够降低制造成本；另一方面由此能够简化制造并且提高鲁棒性。例如在小型化进而相应紧凑的光导设备中，能够省去外部的光学元件，如镜或透镜，借此能够明显降低校准耗费进而制造成本。在此提到的元件中的一些也能够省去，其中为了将光耦合输入/输出到测量元件中，需要以下光学元件，所述光学元件也能够集成在光源中。
根据一个实施方式，光导设备能够具有用于容纳保持装置的底部元件。尤其地，底部元件能够由硅或含硅材料制成。底部元件例如能够成型为具有相应的凹部或留空部，以便能够实现光导体与流体的尽可能大面积的接触。通过底部元件能够稳定地支撑保持装置。
也有利的是，光导体和保持装置一件式地构成。替代地或附加地，光导体和保持装置能够由相同材料制成。通过所述实施方式，在制造成本相对小的情况下能够实现光导设备的尽可能稳定的实施方案。
此外有利的是，耦合输入部段通过光导体的第一端部的横截面形成，并且耦合输出部段通过光导体的第二端部的横截面形成。例如，光导体能够作为具有矩形的或六边形的横截面和相应的横截面作为耦合输入或输出部段的杆来制成。通过所述实施方式也能够非常简单地制造光导体。
根据另一实施方式，光导体和附加地或替代地保持装置能够由玻璃或聚合物或二者制成。这种材料提供小的制造成本和良好的透射特性的优点，尤其在UV光的波长范围中的良好的透射特性。
根据另一实施方式能够有利的是，设有调温单元，所述调温单元用于主动地和/或被动地冷却和/或加热光源和/或光导体和/或测量单元。即换言之，将光源和/或光导体和/或连接于光导体的测量单元、诸如光电探测器或吸收测量元件耦合到主动的和/或被动的调温器或冷却元件上。这种调温器例如能够通过帕尔帖元件实现。这种设备尤其能够在废气的吸收光谱学中是有利的，以便在具有高的发热或强的温度波动的环境中，诸如在内燃机的废气线路中确保温度敏感的元件、诸如LED或光电探测器的功能。此外，通过调控元件、如光电探测器的温度，所述元件例如能够安置在不同的光导体分支上并且承受不同的温度，能够确保相同的或恒定的光谱灵敏度并且借此消除或降低温度相关性。
此外，保持装置能够包括至少一个第一保持元件和第二保持元件。光导体能够在第一保持元件和第二保持元件之间夹紧或可夹紧。尤其地，第一保持元件或附加地或替代地第二保持元件能够U形地或L形地构成。例如，两个保持元件能够彼此连接成框架。通过这种保持装置，光导设备能够非常紧凑地构成。
在此，第一保持元件能够在至少一个接触部位上具有朝向光导体的方向渐缩的横截面，在所述接触部位上，第一保持元件接触光导体。相应地，替代地或附加地，第二保持元件也能够在至少一个接触部位上具有朝向光导体的方向渐缩的横截面，在所述接触部位上，第二保持元件接触光导体。例如，横截面能够渐尖。由此，在通过光导体传导光束时能够降低光损耗。
此外，光导体能够在至少一个分支部位上具有至少一个光导体分支，用于使经由耦合输入部段或耦合输出部段耦合输入的光束转向和/或分成至少两个子射束。光导体分支例如能够为光导体的与具有耦合输入和输出部段的主分支连接的副分支。在此，光导体分支能够根据实施方式例如直角地或锐角地布置在主分支上。类似于主分支，光导体分支也能够具有相应的耦合输出部段，用于耦合输出两个子射束。通过所述实施方式，光束能够同时转向不同的方向。尤其地，光导体例如能够作为Y形的耦合器实现。有利地，光导体分支也能够同时用作为用于保持光导体的保持元件。
根据另一实施方式，光导体能够在至少一个第一分支部位上具有至少一个第一光导体分支，并且在至少一个第二分支部位上具有至少一个第二光导体分支。第一分支部位能够构成为，将经由耦合输入部段耦合输入的光束分成第一子射束和第二子射束，使得第一子射束转向耦合输出部段，并且第二子射束转到第一光导体分支中。附加地或替代地，第二分支部位能够构成为，将经由耦合输出部段耦合输入的光束转到第二光导体分支中和/或分成第三子射束和第四子射束，使得第三子射束转向耦合输入部段并且第四子射束转到第二光导体分支中。尤其地，第二分支部位能够构成为，将经由耦合输出部段耦合输入的光束或第四子射束转向与经由耦合输入部段耦合输入的光束或第一子射束或第二子射束的方向背离的方向上。根据实施方式，两个光导体分支能够布置在光导体的彼此邻接的或相对置的侧上。通过所述实施方式能够以尤其节约空间的方式实现具有相对少的部件的光导设备。
尤其有益的还有，光导体根据另一实施方式成型为，将光束均匀化。例如，光导体能够对此至少分部段地具有螺旋形的或波形的结构。通过所述实施方式，能够省去附加的用于均匀化光束的光学元件。
在此描述的方案还实现具有下述特征的测量系统：
根据前述实施方式之一的光导设备；
光源，所述光源朝向光导体的耦合输入部段布置；和
测量单元，所述测量单元用于测量气体或物质浓度，其中测量单元在光导体的耦合输出部段对面布置。
光源或发光元件不需要强制性地在耦合输入部段对面（以平行平面的形式）布置。例如也能够使用转向镜，使得进行发射的面和光导体能够水平地安装。
此外，在此提出的方案实现一种用于制造根据上述实施方式之一的光导设备的方法，其中方法包括下述步骤：
通过加工提供的由导光材料构成的基底形成光导体；和
将光导体布置在提供的保持装置中。
替代地，在形成的步骤中，通过加工基底、例如以适合的切割或刻蚀方法形成光导体和保持装置。在此，根据实施方式，将光导体在保持装置上成型，或将保持装置在光导体上成型。在此，能够省去布置的步骤。
所述方法例如能够以软件或硬件或以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制设备中实现。
在此提出的方案此外实现一种设备，所述设备构成为，在相应的装置中执行、控制或实现在此提出的方法的变形形式的步骤。通过本发明的设备形式的所述实施变形形式，本发明所基于的目的也能够快速地并且有效地实现。
在本文中能够将设备理解成电设备，所述电设备处理传感器信号并且根据其输出控制和/或数据信号。设备能够具有接口，所述接口能够以硬件的和/或软件的方式构成。在以硬件的方式构成的情况下，接口例如能够是所谓的系统ASIC的包含设备的极不同功能的部分。然而也可能的是，接口是自身的、集成的电路或者至少部分地由分立器件构成。在以软件的方式构成的情况下，接口能够是软件模块，所述软件模块例如在微控制器上除了其他软件模块之外存在。
有利的还有计算机程序产品或具有程序代码的计算机程序，所述程序代码能够在机器可读的载体或存储介质、如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上存储，并且用于执行、实现和/或控制根据在上文中描述的实施方式之一的方法的步骤，尤其当程序产品或程序在计算机或设备上实施时如此。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。其中：
图1示出根据一个实施例的测量系统的示意图；
图2示出根据一个实施例的测量系统的示意图；
图3示出根据一个实施例的光导设备的示意图；
图4示出根据一个实施例的光导设备的示意图；
图5示出根据一个实施例的光导体的一个部段的示意图；
图6示出根据一个实施例的光导体的一个部段的示意图；和
图7示出根据一个实施例的用于制造光导设备的方法的流程图。
在下面对本发明的有益的实施例的描述中，为在不同的附图中示出的并且类似地作用的元件使用相同的或类似的附图标记，其中放弃对所述元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出根据一个实施例的测量系统100的示意图。测量系统100包括光导设备102，所述光导设备由光导体104构成，所述光导体具有耦合输入部段106用于耦合输入由朝向耦合输入部段106布置的光源107发出的光束108和耦合输出部段110用于耦合输出光束108。根据所述实施例，实现具有类似杆的主分支112的光导体104，其中耦合输入部段106通过主分支112的第一端部的矩形的横截面形成，并且耦合输出部段110通过主分支112的与第一端部相对置的第二端部的同样矩形的横截面形成。此外能够设想的是，第一端部和/或第二端部的横截面通过不同于矩形的形状形成，例如六边形的形状或任意多边形形状。这种横截面也不需要强制性地是平坦的。朝向或可朝向耦合输出部段110布置有作为测量单元114的测量元件，使得从耦合输出部段110中射出的光束108射到测量单元114上。
根据在图1中示出的实施例，光导设备102在第一分支部位115上具有第一光导体分支116并且在第二分支部位117上具有第二光导体分支118，所述光导体分支在此例如在主分支112的彼此相对置的侧上布置。一方面，两个光导体分支116、118用作为用于将光导体104保持在流体中的保持装置120，所述流体与光导体104的材料相比具有更小的折射率。另一方面，第一光导体分支116用于，将经由耦合输入部段106耦合输入的光束108分成第一子射束122和第二子射束124，其中第一子射束122通过主分支112导向耦合输出部段110，并且第二子射束124通过第一光导体分支116传导到布置在第一光导体分支116的一个端部上的基准探测器126上。
两个光导体分支116、118如主分支112那样作为直的杆实现并且分别以锐角或钝角布置在主分支112上，使得第一光导体分支116的一个端部指向朝向耦合输出部段110的方向，并且第二光导体分支118的一个端部指向朝向耦合输入部段106的方向。在此，第一分支部位115与耦合输入部段106相邻地布置，并且第二分支部位117与耦合输出部段110相邻地布置。如在图1中示出的，两个光导体分支116、118能够基本上彼此平行地定向。
第二光导体分支118根据在图1中示出的实施例用于，将由测量单元114反射到耦合输出部段110上的光束127转向到在第二光导体分支119的端部对面安置的测量探测器128上。
两个光导体分支116、118和主分支112例如一件式地由相同的材料制成，例如以适合的切割或刻蚀方法。根据实施方式，三个分支能够具有相同的横截面或不同的横截面。
光导设备102此外具有可选的底部元件130，所述底部元件根据在图1中示出的实施例两件式地由第一板132和第二板134实现，其中第一光导体分支116经由安放在第一光导体分支116的端部上的基准探测器126固定在第一板132上，并且第二光导体分支118经由安放在第二光导体分支118的端部上的测量探测器128固定在第二板134上。光导体104在此独立地布置在两个板132、134之间进而除了两个光导体分支116、118在两个分支部位115、117处的连接面之外由流体包围。
基准探测器126和测量探测器128二者分别超出两个光导体分支116、118的端部的相应的横截面。
图2以俯视图示出根据一个实施例的测量系统100的示意图。与根据图1描述的测量系统不同，根据图2的光导设备102的主分支112经由测量单元114与第二光导体分支118光学耦合。此外，光导体分支104在耦合输入部段106和第一分支部位115之间具有用作为模混合器的可选的均匀化部段200，用于均匀化经由耦合输入部段106耦合输入的光束108，所述均匀化部段在图2中示例性地螺旋形地实现。在此，第一分支部位115构成为分光器，以便将光束108分成两个子射束122、124。
测量单元114例如具有镜元件202，所述镜元件定向成，使得传导到测量单元114中的第一子射束122由测量单元114继续朝向第二光导体分支118的方向反射。尤其地，镜元件202在此处于测量单元114的背离光导体104的区域中，使得第一子射束122在测量单元114中经过的路径长度与测量信号成比例地增大。替代地，测量单元114能够实现为简单的透射测量元件或多反射元件。为了借助于吸收光谱学测量物质浓度，测量元件能够由要测量的介质穿流。
图3示出根据一个实施例的光导设备102的示意图。光导设备102例如为可在前面根据图1和2描述的测量系统中使用的光导设备。光导设备102根据图3借助具有矩形横截面的直杆的构型的光导体104实现，所述光导体在保持装置120的两个U形的保持元件300、302之间夹紧。尤其地，两个保持元件300、302和光导体104例如一件式地通过相应地加工玻璃板、例如石英板来实现。
两个保持元件300、302在其方面位于在此一件式地、例如由硅制成的底部元件130上。底部元件130具有凹部304，其中光导体104由两个保持元件300、302居中地保持在凹部304上，使得所述光导体在全部四侧上尽可能大面积地与流体接触。
根据一个实施例，两个保持元件300、302的接触光导体104的端部分别借助朝向光导体104的方向渐缩的横截面实现，以便使在保持元件300、302和光导体104之间的接触面最小化。
例如，直的光导体104从石英板中切割并且经由两个保持元件300、302形式的载体固定在作为底部元件130的硅晶片上。
独立的光导体104仅由芯材料构成，并且例如悬挂在四个通过两个U形的保持元件300、302形成的载体上。例如，保持元件300、302通过晶片接合固定在作为底部元件130的硅基底上，其中底部元件130的与光导体104相对置的区域是独立的，例如通过刻蚀凹部304。
独立的、呈光导体104的形式的传导光的系统例如由空气或其他适合的气体或也由液态介质包围。在此，光学部件、诸如分光器、耦合器或模混合器能够直接地集成到传导光的系统中。
与常见的MEMS技术相对地，在此将例如玻璃晶片的完整的基底厚度用于传导光，所述MEMS技术典型地用于制造平坦的光导体，例如借助于薄层沉积（英语为plasma-enhanced chemical vapour deposition（等离子加强型化学气相沉积），简称为PECVD）。通过由此实现的大的横截面，在例如经由对接耦合来耦合输入的情况下，更多的光从光源107耦合到光导体104中，如在图5中示出的那样。
结构、如曲面、分支和Y耦合器例如通过刻蚀工艺或激光剥蚀切出，其中通过整个基底厚度切割。
例如，作为周围的介质使用具有近似为1的折射率的空气。由此，当光导体104由玻璃制成时，能够实现大致为0.5的高的折射率差。借此实现高的容许角度和高的光耦合输入效率。
在芯和空气外罩之间的高的折射率差的另一优点在于，能够在方形横截面为300×300m2的石英的情况下实现例如大约1mm的更窄的曲率半径，其中折射率差越大，曲率半径就能够越小。通过更窄的曲率半径，能够节约晶片上的空间，进而将系统进一步小型化。尤其与具有典型地对应于300倍至600倍外罩半径的最小的弯曲半径、即在外罩半径大于100μm时例如至少为3cm的弯曲半径的玻璃纤维相比，能够实现最小的曲率半径的明显减小。
在例如低于250nm的波长范围中，其中仅已知不那么高透射率的材料或者在技术上仅能够困难地将具有不同的折射率的材料连接，因此能够通过以下方式放弃第二材料：将匹配的介质、如空气、真空或油用作为覆层。在此，光导体104能够以大于100μm的厚度实现。
能够将其他光学元件、诸如激光二极管、LED、光电二极管或玻璃纤维安放在测量系统的接口上。
光导体104应以最小的接触保持在空气中。对此，载体能够用作为保持元件300、302或也使用在光导体104之下安置的凸块、即金属球、尤其由反射材料构成的凸块。保持元件300、302的横截面随着由保持元件300、302引起的光损耗缩放进而应最小化。例如，光导体104为了最小化接触面积而能够安置在两个基底之间，所述两个基底例如配备有类似于金字塔的结构进而仅在尖部上与光导体104接触。替代地，光导体104直接地并且在光源107和目标、例如探测器或测量元件之间没有其他的载体元件的情况下夹紧。也能够设想的是，光导体分支在分支的系统中同时用作为传导光的和机械的载体结构，这通过下述方式实现：光导体分支在其端部处固定在源、探测器和类似的元件上，诸如在图1中可见的那样。
光导体104和其他元件、诸如曲面或如在图4中示出的Y耦合器的结构例如通过从面状的基底、如晶片或板中切出相应的形状制成。在此，保持元件300、302可以在与光导体104相同的生产步骤中结构化。保持元件300、302的数量和形状取决于光导体104的大小或重量和相应的应用领域。在图3中示例性直角地在光导体104上安置保持元件300、302。通过选择保持元件300、302和光导体104之间的适合的角度，能够将光损耗最小化。
为了传导UV光，例如高纯度的石英玻璃（熔融石英）适合作为传导光的材料。石英玻璃例如能够通过干法刻蚀工艺或激光剥蚀结构化。与干法刻蚀工艺相比，借助氢氟酸（HF）的湿法刻蚀是快速的和低成本的替代方案。通过在两侧刻蚀独立的光导体104可能的是，产生具有六边形的横截面的光导体104，如在图6中示出的那样。替代地，光导体104也能够通过模铸或模压来结构化。另一结构化可能性通过将在期望的区域中激光辐照至材料改性和随后的刻蚀步骤相组合来出现，在所述刻蚀步骤中，通过激光辐照改性的区域具有更高的刻蚀率进而相对于未辐照的区域能够选择性地刻蚀（示例：选择性激光刻蚀）。通过所述技术，也能够制造圆形的和其他任意的光导体横截面。
在期望的波长范围中透明的聚合物、在深UV区域中例如特定的硅树脂也能够借助所提及的方法结构化。这种材料对此例如在塑料加工的典型工艺、诸如注塑或吹塑中加工。
根据实施方式，光导体104也能够借助于切削工艺、诸如（微）铣削或车削从初始材料中结构化。
对面状的基底作为初始材料替代地，也能够将波形的或其他三维成形的基底用于切出，以便实现不仅平坦的、而且三维的光导体。也能够设想通过将初始材料浇铸到相应的模具中制造任意成形的3D光导体。围绕芯的均匀外罩层的成型的例如由于掺杂或沉积层造成的通常耗费的工艺步骤能够通过使用环绕光导体的流体而省去。
为了避免通过空气压力、空气湿气或温度改变而改变空气外罩的折射率进而改变耦合输入的和透射的光量或还有灰尘或冷凝水的积聚，光导体104和包围光导体的介质能够布置在相应的流体密封的壳体中。
如在图2中示出的，根据一个实施例的测量系统借助用于均匀化空间射束分布的模混合器和不同的分光器来实现。由此，测量系统尤其适合于用作为用于（UV）吸收光谱学中的（废）气传感装置的传导光的系统。光因此首先均匀化或混合，随后分开，其中光的一部分传导到基准探测器上。另一部分引导到测量元件中，在所述测量元件中进行气体浓度相关的吸收。从测量元件出去的光现在又传导到测量探测器上。可选地，传导光的系统经由由玻璃纤维构成的中间连接装置与测量元件连接。由此，能够跨越更长的光路段，进而将热敏感的部件、诸如光源和探测器与高温区域、诸如废气线路脱耦。例如，光源107对此发出波长为227nm的UV光，其中一部分耦合到基准探测器上，并且另一部分耦合到玻璃纤维中并且朝向测量元件在废气线路中引导。
为了应用于紧凑的且成本关键的产品，发光二极管尤其适合作为光源。在应用发光二极管的情况下，耦合输入到光导体104中的光份额能够由于宽的空间放射特性而受限。作为耦合输入方法例如适用的是所谓的对接耦合。在此，光导体104的端面直接安置在LED芯片的平坦的侧上，其中导体横截面与LED面积相比越大，光损耗就越少。
不同于传统的平坦的、具有数微米的典型的层厚度的光导体和LED芯片在数百微米范围中的典型的尺寸，通过使用根据在此描述的实施例之一的光导设备，能够放弃附加的聚焦元件，如透镜系统，或发展和成本密集的耦合输入技术、如经由衍射光栅的耦合输入。不同于在芯中层厚度例如在50至500微米并且弯曲半径在厘米范围中的玻璃纤维，光导体104在容许角度更大的情况下是明显更便于使用的。此外，光导体104能够以较小的耗费制造。
图4示出根据一个实施例的光导设备102的示意图。不同于图3，根据图4的保持设备120借助两个L形的保持元件300、302实现，其中两个保持元件的第一端部分别与在此实现为简单的板的底部元件130接触，并且两个保持元件的第二端部分别与光导体104接触。如在图3中那样，光导体分支104在图4中也通过两个保持元件300、302独立地保持在底部元件130上。
不同于根据图1至3描述的光导体，在图4中示出的光导体104的主分支112在分支部位115处Y形地分成两个光导体分支116、118，其中两个光导体分支116、118的自由端部分别指向背离耦合输入部段106的方向。在分支部位115处将光束108分成第一子射束122和第二子射束124，使得第一子射束122通过第二光导体分支118传导并且第二子射束124通过第一光导体分支116传导。
如在图4中可见的那样，光导体104在主分支112处由两个保持元件300、302保持在底部元件130上。
图5示出根据一个实施例的光导体104的一个部段，例如如在上文中根据图1至4描述的光导体的一个部段。可见的是耦合输入部段106，所述耦合输入部段具有在其上固定的发光二极管形式的光源107，其中光源104实施为明显小于耦合输入部段106。
在图5中示出的在光源107和光导体104之间的对接耦合的情况下，光源107例如具有200×200μm2的放射面，并且光导体104具有例如350μm的厚度。
图6示出根据一个实施例的光导体104的一个部段。不同于图5，根据图6的光导体104借助近似六边形的横截面实现。
在图6中示例性地示出HF刻蚀的石英光导体104的各向同性的刻蚀轮廓，其中光导体104在两侧从上部和下部刻蚀，进而具有类似六边形的横截面。
图7示出根据一个实施例的用于制造光导设备的方法700的流程图。方法700例如能够为了制造根据图1至6描述的光导设备而执行。对此，在步骤710中，光导体通过加工在步骤710之前的提供步骤中提供的由传导光的、尤其透明的材料构成的基底、例如玻璃板或聚合物板来形成。这例如在相应的切割或刻蚀方法中进行。在另一步骤720中，将光导体安置在例如同样在提供步骤中提供的保持装置中并且根据实施方式力配合地、形状配合地或材料配合地与该保持装置连接。
替代地，光导体和保持装置在步骤710中通过加工基底形成。尤其地，光导体和保持装置在相同的生产步骤中作为唯一的部件由基底形成。根据实施方式，在此将光导体在保持装置上成型或者将保持装置在光导体上成型，其中光导体和保持装置能够或者同时地或者依次地成型。相应地，在此能够省去步骤720。
如果实施例包括在第一特征和第二特征之间的“和/或”连接，那么这可解释成，实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征、而且具有第二特征，并且根据另一实施方式或者仅具有第一特征或者仅具有第二特征。
Claims (16)
1.一种用于在光源（107）和用于测量气体或物质浓度的测量单元（114）之间传导光束（108）的光导设备（102），其中所述光导设备（102）具有下述特征：
光导体（104），所述光导体具有至少一个朝向或可朝向所述光源（107）的耦合输入部段（106）以耦合输入所述光束（108）和朝向或可朝向所述测量单元（114）的耦合输出部段（110）以耦合输出所述光束（108），其中所述光导体（104）构成为，将所述光束（108）通过在与包围所述光导体（104）的流体或具有与所述光导体（104）相比更小的折射率的材料的边界面处的全反射而在所述耦合输入部段（106）和所述耦合输出部段（110）之间传导；和
保持装置（120），所述保持装置构成为，将所述光导体（104）保持在流体中，使得所述光导体（104）的表面的至少一个主要部分与流体接触。
2.根据权利要求1所述的光导设备（102），
其特征在于，
用于容纳所述保持装置（120）的底部元件（130），尤其其中所述底部元件（130）由硅或含硅材料制成。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（120），
其特征在于，
所述光导体（104）和所述保持装置（120）一件式地和/或由相同的材料实施。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述耦合输入部段（106）通过所述光导体（104）的第一端部的横截面形成，并且所述耦合输出部段（110）通过所述光导体（104）的第二端部的横截面形成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述光导体（104）和/或所述保持装置（120）由玻璃和/或聚合物制成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
调温单元，所述调温单元用于主动地和/或被动地冷却和/或加热所述光源（107）和/或所述光导体（104）和/或所述测量单元（114）。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述保持装置（120）包括至少一个第一保持元件（300）和第二保持元件（302），其中所述光导体（104）在所述第一保持元件（300）和所述第二保持元件（302）之间夹紧或可夹紧，尤其其中所述第一保持元件（300）和/或所述第二保持元件（302）U形地或L形地构成。
8.根据权利要求7所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述第一保持元件（300）和/或所述第二保持元件（302）在至少一个接触部位上具有朝向所述光导体（104）的方向渐缩的横截面，在所述接触部位上，所述第一保持元件（300）和/或所述第二保持元件（302）接触所述光导体（104）。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述光导体（104）在至少一个分支部位（115）上具有至少一个光导体分支（116、118），用于使经由所述耦合输入部段（106）或所述耦合输出部段（110）耦合输入的光束（108）转向和/或分成至少两个子射束（122，124）。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述光导体（104）在至少一个第一分支部位（115）处具有至少一个第一光导体分支（116）并且在至少一个第二分支部位（117）处具有至少一个第二光导体分支（118），其中所述第一分支部位（115）构成为，将经由所述耦合输入部段（106）耦合输入的光束（108）分成第一子射束（122）和第二子射束（124），使得所述第一子射束（122）转向所述耦合输出部段（110）并且所述第二子射束（124）转到所述第一光导体分支（116）中，和/或所述第二分支部位（117）构成为，将经由所述耦合输出部段（110）耦合输入的光束（127）转到所述第二光导体分支（118）中和/或分成第三子射束和第四子射束，使得所述第三子射束转向所述耦合输入部段（106）并且所述第四子射束转到所述第二光导体分支（118）中，尤其其中所述第二分支部位（117）构成为，将经由所述耦合输出部段（110）耦合输入的光束（127）和/或所述第四子射束转到与经由所述耦合输入部段（106）耦合输入的光束（108）和/或所述第一子射束（122）和/或所述第二子射束（124）的方向背离的方向中。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102），
其特征在于，
所述光导体（104）成型为，将所述光束（108）均匀化。
12.一种测量系统（100），所述测量系统具有下述特征：
根据上述权利要求中任一项所述的光导设备（102）；
光源（107），所述光源在所述光导体（104）的耦合输入部段（106）对面布置，和
测量单元（114），所述测量单元用于测量气体或物质浓度，其中所述测量单元（114）朝向所述光导体（104）的耦合输出部段（110）布置。
13.一种用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的光导设备（102）的方法（700），其中所述方法（700）包括下述步骤：
通过加工提供的由光导材料构成的基底来形成（710）所述光导体（104）；和
将所述光导体（104）布置（720）在提供的保持装置（120）中；
和/或
通过加工所述基底形成（710）所述光导体（104）和所述保持装置（120），其中所述光导体（104）在所述保持装置（120）上成型和/或所述保持装置（120）在所述光导体（104）上成型。
14.一种设备，所述设备构成为，执行、控制和/或实现根据权利要求13所述的方法（700）。
15.一种计算机程序，所述计算机程序构成为，执行、控制和/或实现根据权利要求13所述的方法（700）。
16.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求15所述的计算机程序。
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