CN218003230U - 一端设有编组直排光栅的光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一端设有编组直排光栅的光纤，在光纤一端的端面上，通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成多个编组间隔直线排列的采光点，组成编组直排光栅，用来对待检物进行扫描识别。这种将光栅与光纤组合一体的方式，既能够减少光信号的传输损耗、提高光信号的检测灵敏度，又能够使扫描识别系统结构更为紧凑。

Description

一端设有编组直排光栅的光纤

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域、实现数字化单分子扫描，具体涉及一端设有编组直排光栅的光纤。

背景技术

单分子检测（Single Molecule Detection, SMD）是近年来快速发展起来的一种超灵敏的检测技术，其是指从单分子水平上对目标物进行测定与分析，是一种全新的检测方法，也开辟了一种全新的检测领域。但现有的Simoa技术是采用成像后在图片中数发光分析物的数量，对成像设备有较高的要求，且检测速度慢，导致Simoa技术的应用推广存在难度。因此有必要对单分子检测系统进行改进，而采用扫描识别系统是一种新的单分子检测方式。

扫描识别系统包括：移动装置、检测板、激发光源、编组直排光栅、光纤及识别装置。检测板设置在移动装置上，检测板上有矩阵分布的待检物。利用编组直排光栅与检测板形成的相对运动，对检测板进行扫描；待检物发出或反射的光被编组直排光栅采集，并传送到识别装置进行光电转换，从而实现对检测板进行扫描识别。这种扫描识别方式能够对检测板上的待检物进行动态连续计数，以实现数字化单分子扫描，从而提高检测精度、减少识别时间、提高检测效率。

为了进一步简化扫描识别系统的结构，可以将编组直排光栅设置在单根光纤一端的端面上，将编组直排光栅与光纤组合成一端设有编组直排光栅的光纤。

经专利检索，与本申请有一定关系的主要有以下专利：

1、申请号为“201610871589.1”、申请日为“2016.09.29”、公开号为“CN106338788B”、公开日为“2019.04.05”、名称为“一种在光子晶体光纤上制备布拉格光栅的方法”、申请人为“深圳大学”的中国发明专利，该发明专利适用于光栅制备技术领域，提供了一种在光子晶体光纤上高效制备布拉格光栅的方法，所述方法包括：选择性膨胀加工步骤，将光子晶体光纤的待加工光栅区进行选择性膨胀加工，以使所述光子晶体光纤的待加工光栅区的部分包层孔崩塌，形成局部的简化包层区；制备布拉格光栅步骤，在光子晶体光纤的简化包层区进行激光刻栅，从而形成布拉格光栅。但该发明供的方法需要进行选择性膨胀加工，加工工艺复杂、加工成本高。

2、申请号为“201210160268.2”、申请日为“2012.05.22”、公开号为“CN102680134A”、公开日为“2012.05.22”、名称为“一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器”、申请人为“北京交通大学”的中国发明专利，该发明专利，适用于光纤传感。其特征在于：该传感器是由相位掩膜法制成的光纤布拉格光栅，它被均匀分成两部分，光纤布拉格光栅的左半部分（1）被氢氟酸溶液腐蚀直径变细，并在左半部分上镀上一层金属（2），光纤布拉格光栅的右半部分（3）保持不变。该传感器结构简单，容易制作；温度和应力传感灵敏度得到了提升；可以实现双参数的同时测量。但该发明是利用光纤中的左右两部分对温度的灵敏度不同，来检测温度压力，是一种温度传感器，并不能用来对光信号扫描识别。

3、申请号为“201510840618.3”、申请日为“2015.11.27”、公开号为“CN105353459A”、公开日为“2016.02.24”、名称为“微纳光纤表面制作光栅的方法”、申请人为“清华大学”的中国发明专利，该发明专利涉及一种微纳光纤表面制作光栅的方法，其中，该方法包括以下步骤：提供一微纳光纤；在该微纳光纤表面涂覆一层紫外光敏功能化膜；以及使用紫外光源对该紫外光敏功能化膜进行逐点曝光。本发明提出的制作方法利用涂覆在微纳光纤表面的功能化膜，借助于薄膜材料的光敏性，利用低功率的紫外光进行曝光制备光栅。但该发明是在光纤的周面制作光栅，并不能用来对光信号扫描识别。

4、申请号为“201711465759.7”、申请日为“2017.12.28”、公开号为“CN108152875A””、公开日为“2018.06.12”、名称为“一种InP基纳米光栅及其制作方法”、申请人为“中国电子科技集团公司第四十四研究所”的中国发明专利，该发明专利提供一种InP基纳米光栅及其制作方法，包括：在InP基晶圆上生长SiNx膜；依次旋转涂覆抗反射涂层、光刻胶层，并通过位相掩膜曝光和显影方法在光刻胶层上形成光栅图形；采用二次曝光和显影方法，去除InP基晶圆边缘的光刻胶并擦拭掉InP基晶圆边缘的抗反射涂层；刻蚀抗反射涂层，以将光刻胶层上的光栅图形转移到抗反射涂层上；刻蚀SiNx膜，以将抗反射涂层上的光栅图形转移到SiNx膜上；去除光刻胶层和抗反射涂层；刻蚀InP基晶圆，以将SiNx膜上的光栅图形转移到InP基晶圆上；去除SiNx膜和SiNx膜上残留的抗反射涂层，从而获得InP基纳米光栅。但该发明是只是公开了条形光栅制作方法，并没有公开编组直排光栅的结构，条形光栅并不能用来对光信号扫描计数。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一端设有编组直排光栅的光纤。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一端设有编组直排光栅的光纤。在光纤的一端面设置多个沿光栅方向间隔排列的采光点，构成编组直排光栅，用来对待检物进行扫描识别。这种将光栅与光纤组合一体的方式，既能够减少光信号的传输损耗、提高光信号的检测灵敏度，又能够使扫描识别系统结构更为紧凑。

进一步地，所述采光点为方形、圆形或椭圆形，采光点的形状与待检物相当。

进一步地，编组直排光栅的采光点数量大于或等于检测板上待检物矩阵中的列数。使得待检物矩阵中的每个待检物，都有一个采光点与之对应。在检测板与编组直排光栅相对运动过程中，编组直排光栅对所有的待检物进行扫描识别。

进一步地，0.5×待检物最大尺寸≤采光点最大尺寸≤1.5×待检物最大尺寸。使采光点的形状和大小与待检物相当，使得采光点既能够采集所对准的待检物发出的光信号，又能够避免周边待检物所发出的光信号的干扰，提高扫描识别的准确度和检测精度。

进一步地，多个采光点间隔排列在一条直线上，使所有采光点对应一排待检物。

进一步地，相邻采光点间距＝待检物矩阵间距。使得每个采光点能够对准一排中的一个待检物。

进一步地，相邻采光点间距＝√2×待检物矩阵间距。在编组直排光栅以45°斜角对检测板进行扫描时，使得每根光纤的端面能够分别对准待检物矩阵中的一个待检物。

进一步地，相邻采光点在垂直于光栅方向方向错位排列。使得采光点对应检测板上矩阵中相邻的两排待检物，以增加相邻采光点之间的距离，减小或避免采光点所对准的待检物相邻的待检物发出的光干扰，提高检测精度。

进一步地，相邻采光点错位距离＝相邻采光点间距。使得所有采光点能够对准检测板上待检物相邻的两排待检物。

进一步地，是在单根光纤的一端通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成多个编组间隔直线排列的采光点，组成编组直排光栅。

本实用新型的有益效果为：在光纤一端的端面上，通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成编组间隔直线排列的采光点，组成编组直排光栅，用来对待检物进行扫描识别。这种将光栅与光纤组合一体的方式，既能够减少光信号的传输损耗、提高光信号的检测灵敏度，又能够使扫描识别系统结构更为紧凑。

附图说明

图1为扫描识别系统立体结构示意图，

图2为扫描识别系统正视示意图，

图3为检测板示意图，

图4为实施例1的单光纤直排光栅示意图，

图5为实施例2的单光纤错位光栅示意图，

图6为扫描识别过程1示意图，

图7为扫描识别过程2示意图，

图8为扫描识别过程3示意图。

图中：1—移动装置、2—检测板、3—激发光源、4—编组直排光栅、43—单光纤直排光栅、44—单光纤错位光栅、401—采光点、5—光纤、6—识别装置、d—待检物最大尺寸、K—待检物矩阵间距、L—相邻采光点间距、M—相邻采光点错位距离、P—采光点最大尺寸、X—光栅方向、Y—检测板移动方向。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1和图2所示，本申请的扫描识别系统包括：移动装置1、检测板2、激发光源3、编组直排光栅4及识别装置6。

编组直排光栅4是由多个采光点401沿光栅方向X间隔排列的方式组成。所述采光点401为方形、圆形或椭圆形。编组直排光栅4的采光点401数量大于或等于检测板2上待检物201矩阵中列数，使得每排中的每个待检物201都有一个采光点401对应。采光点401的最大尺寸应在待检物最大尺寸d的0.5～1.5倍范围内，使得采光点401的大小与待检物201大小相当。当采光点401贴近并对准待检物201时，保证采光点401所采集的光信号是所对准的待检物201发出的光，避免周边待检物201所发出的光信号的干扰，提高扫描识别的准确度和检测精度。所以编组直排光栅4不能采用条形光栅，以避免采光点401所对准的待检物201周边的待检物201发出的光进入采光点401，干扰检测精度。

编组直排光栅4设置在检测板2或检测带的一侧，检测板2设置在移动装置1上，也可以将编组直排光栅4设置在移动装置1上，使得检测板2与编组直排光栅4之间形成相对运动。激发光源3发出的光照射在检测板2上，激发部分结合了荧光标记物的待检物201发光。待检物201发出的光透过编组直排光栅4后传到识别装置6，识别装置6中的光敏管将编组直排光栅4采集的光信号转换成电信号，进行运算或远传显示。

但上述扫描识别系统中的识别装置6需要与编组直排光栅4设置在一起，这将导致检测部件结构复杂、体积庞大。为此在编组直排光栅4与识别装置6之间设置光纤5，编组直排光栅4采集的光信号经过光纤5传送到识别装置6，能够灵活布置识别装置6的位置，以简化检测部件结构。

为了进一步简化检测部件结构，可以将编组直排光栅4与光纤5的一端结合在一起。可以在单根光纤5的一端端面通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成编组间隔直线排列的采光点401，形成单光纤直排光栅43，或单光纤错位光栅44；采光点最大尺寸P在待检物最大尺寸d的0.5～1.5倍范围内。

如图3所示，待检物201以矩阵的方式排布在检测板2上，待检物矩阵间距为K。待检物201包括化学分析、蛋白分析、核酸分析、细胞分析、外泌体分析、循环肿瘤细胞分析、纳米材料分析等各种被检测分析物质分子，可用于精准医疗、法医鉴定、食品安全以及环境保护领域。部分待检物201结合有荧光标记物。激发光源3发出的光照射待检物201上后，待检物201上的荧光标记物会被激发荧光。

实施例1如图4所示，编组直排光栅4采用单光纤直排光栅43，是在单根光纤5的一端通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成编组间隔直线排列的采光点401，相邻采光点间距L与待检物矩阵间距K相同，或是待检物矩阵间距K的√2倍。

实施例2如图5所示，编组直排光栅4采用单光纤错位光栅44，是在单根光纤5的一端通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成错位排列的采光点401。相邻采光点间距L与待检物矩阵间距K相同，相邻采光点错位距离M与待检物矩阵间距K相同。使单光纤错位光栅44的采光点401对应检测板2上的两排待检物201。

本申请的编组直排光栅的扫描识别方法扫描识别过程1如图6所示，移动装置1带动检测板2相对于编组直排光栅4形成相对运动。单光纤直排光栅43上的采光点401与检测板2上呈矩阵分布的待检物201位置对应。同时激发光源3发出的光照射在检测板2上，激发部分结合了荧光标记物的待检物201发光。当采光点401对准第一排待检物201时，将采集第一排中发光的待检物201发出的光信号，并经过光纤5传送到识别装置6，识别装置6中的光敏管将编组直排光栅4采集的光信号转换成电信号，进行计数。在检测板2与编组直排光栅4的相对运动过程中，单光纤直排光栅43上的采光点401依次采集检测板2上的每排待检物201发出的光信号，统计出检测板2中发光的待检物201数量，从而实现对待检物201进行动态连续的计数，以提高检测精度、减少识别时间、提高检测效率。

本申请的编组直排光栅的扫描识别方法扫描识别过程2如图7所示，光栅方向X与检测板移动方向Y呈45°的斜角。此时相邻采光点间距L＝√2×待检物矩阵间距K，使单光纤直排光栅43上的每个采光点401分别对应检测板2上待检物201矩阵中45°方向中的每个待检物201。在检测板2与编组直排光栅4的相对运动过程中，单光纤直排光栅43上的采光点401依次采集检测板2上的每列待检物201发出的光信号，统计出检测板2中发光的待检物201数量，从而实现对待检物201进行动态连续的计数。这种检测方式，能够增加相邻采光点401之间的距离，减小或避免采光点401所对准的待检物201相邻的待检物201的光干扰，提高检测精度。

本申请的编组直排光栅的扫描识别方法扫描识别过程3如图8所示，编组直排光栅4采用单光纤错位光栅44。单光纤错位光栅44中的采光点401与检测板2上呈矩阵分布的两排待检物201位置对应。当位置在前的采光点401跳格对准第一排待检物201中的一半时，将采集第一排待检物201一半中的光信号，并经过光纤5传送到识别装置6；当位置在前的采光点401对准第二排待检物201中的一半时，位置在后的采光点401将对准第一排待检物201中尚未被扫描的另一半待检物201。在检测板2与编组直排光栅4的相对运动过程中，单光纤错位光栅44上的采光点401能够依次采集检测板2上的每排待检物201发出的光信号，统计出检测板2中发光的待检物201数量，从而实现对待检物201进行动态连续的计数。单光纤错位光栅44中的采光点401对应检测板2上矩阵中相邻的两排待检物201，以增加相邻采光点401之间的距离，减小或避免采光点401所对准的待检物201相邻的待检物201的光干扰，提高检测精度。

综上所述，本实用新型的有益效果为：在光纤一端的端面上，通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成多个编组间隔直线排列的采光点，组成编组直排光栅，用来对待检物进行扫描识别。这种将光栅与光纤组合一体的方式，既能够减少光信号的传输损耗、提高光信号的检测灵敏度，又能够使扫描识别系统结构更为紧凑。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：在光纤（5）的一端面设置多个沿光栅方向（X）间隔排列的采光点（401），构成编组直排光栅（4），用来对待检物（201）进行扫描识别。

2.根据权利要求1所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：所述采光点（401）为方形、圆形或椭圆形。

3.根据权利要求2所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：编组直排光栅（4）的采光点（401）数量大于或等于检测板（2）上待检物（201）矩阵中的列数。

4.根据权利要求3所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：0.5×待检物最大尺寸（d）≤采光点最大尺寸（P）≤1.5×待检物最大尺寸（d）。

5.根据权利要求4所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：多个采光点（401）间隔排列在一条直线上。

6.根据权利要求5所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：相邻采光点间距（L）＝待检物矩阵间距（K）。

7.根据权利要求5所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：相邻采光点间距（L）＝√2×待检物矩阵间距（K）。

8.根据权利要求4所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：相邻采光点（401）在垂直于光栅方向（X）方向错位排列。

9.根据权利要求8所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：相邻采光点错位距离（M）＝相邻采光点间距（L）。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一端设有编组直排光栅的光纤，其特征在于：是在单根光纤（5）的一端通过光刻、腐蚀或镀膜的方式，形成编组间隔直线排列的采光点（401），组成编组直排光栅（4）。

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