TWI503527B - 分光裝置及分光系統 - Google Patents

Description

分光裝置及分光系統

本發明係關於反射式繞射光柵裝置以及包含該繞射光柵裝置之分光裝置及分光系統。

美國專利第5,550,375號揭示一種可量測氣體的紅外線光譜儀(100 ，參見圖1A)，其包含一具有反射式繞射光柵110 的微型結構。其光柵結構210 與基板220 為塑膠材料，並利用LIGA製程一體成型(參見圖1B)。然而，該基板220 為系統結構中的下波導，但LIGA製程存在不易脫模的問題，將提高基板220 表面的粗糙度，進而影響整體系統的光學訊號品質。

中華民國專利第I345050號揭示一種光學系統，其包含一繞射光柵310 及一基板320 (參見圖2)，該光柵包含：一第一上表面314 、一第二上表面316 、一下表面及一側面318 ，其中該側面318 與該基板320 對接。然而，該系統的光學訊號於內部空間330 中進行傳遞時，該光柵之該第二上表面316 的粗糙度將影響光學訊號的品質；再者，該光柵310 與該基板320 於組裝接合時，必須精準控制該第二上表面316 與該基板320 的上表面保持水平，但上述元件均非常微小，在組裝上難以控制與調整其水平度，而若組裝上稍有落差，將嚴重增加雜訊，進而影響整體系統的效能。

因此，仍需要具改良結構之繞射光柵裝置，以簡化組裝程序並提昇光學系統之效能。

本發明提供一種繞射光柵裝置，其包含：一第一表面；相對於該第一表面的一第二表面及一第三表面，其中該第二表面及該第三表面位於不同平面，且該第三表面較該第二表面接近該第一表面；一側面，其係連接於該第二表面及該第三表面之 間；及一繞射面，其係連接於該第一表面及該第三表面之間。

另一方面，本發明提供一種分光裝置，其包含：一本發明之繞射光柵裝置；一第一蓋體；及一第二蓋體，其中該第一蓋體係與該第一表面接合，該第二蓋體係與該第三表面接合，該繞射光柵裝置、該第一蓋體及該第二蓋體形成一內部空間，且該繞射面係朝向該內部空間。本發明之分光裝置之內部空間，除繞射面外，上光波導及下光波導皆由該第一蓋體或第二蓋體組成，無其他異質表面影響光學訊號傳遞，且經由該第三表面及該側面與蓋體接合，組裝方便且不易產生落差。

又一方面，本發明提供一種分光系統，其包含：一輸入部，用以接收光學訊號；一本發明之分光裝置；及一輸出部。

本發明之各個具體實例的細節說明如後。本發明之其他特徵將會經由以下各個具體實例中的詳細說明及申請專利範圍而清楚呈現。

無須進一步的闡述，咸相信本發明所屬技術領域中具有通常知識者基於前述說明即可利用本發明至最廣的程度。因此，可以理解以下的說明僅僅是作為例示說明之用，而非以任何方式限制其餘的揭露內容。

除非另有指明，所有在此處使用的技術性和科學性術語具有如同本發明所屬技藝中之通常技術者一般所瞭解的意義。

本文所使用的「一」乙詞，如未特別指明，係指至少一個(一個或一個以上)之數量。

在一方面，本發明提供一種繞射光柵裝置，其包含：一第一表面；相對於該第一表面的一第二表面及一第三表面，其中該第二表面及該第三表面位於不同平面，且該第三表面較該第二表面接近該第一表面；一側面，其係連接於(或稱位於)該第二表面及該第三表面之間；及一繞射面，其係連接於(或稱位於)該第一表面及該第三表面之間。

圖3為本發明之一較佳具體實施例，該繞射光柵裝置410 包含第一表面414 ，相對於該第一表面414 的第二表面416 及第三表面417 ，側面418 ，其係連接於該第二表面416 及該第三表面417 之間，以及繞射面412 ，其係連接於該第一表面414 及該第三表面417 之間。

在本發明之較佳具體實施例中，該繞射光柵裝置係為一反射光柵。

在本發明之較佳具體實施例中，該繞射面為一凹面。根據本發明之部分具體實施例，該凹面為球面或非球面。

根據本發明之較佳具體實施例，該第一表面及該第三表面之間具有一第一垂直距離，該第二表面及該第三表面之間具有一第二垂直距離，且該第一表面及該第二表面之間具有一第三垂直距離，其中該第三垂直距離為該第一垂直距離及該第二垂直距離之和。

本發明之繞射光柵裝置之材質可選自金屬、玻璃、塑膠及半導體所組成之群。

在本發明之部分具體實施例中，該繞射面可以電鍍、蒸鍍、濺鍍、氣相沉積或拋光等方式鍍上金屬薄膜或介電薄膜。

在一具體實施例中，本發明之繞射光柵裝置包含：一上表面(第一表面)；一第一下表面(第二表面)及一第二下表面(第三表面)，其中該第一下表面及該第二下表面位於不同平面，且該第二下表面較接近該上表面；一側面，其係連接於(或稱位於)該第一下表面及該第二下表面之間；及一繞射面，其係連接於(或稱位於)該上表面及該第二下表面之間。

在另一具體實施例中，本發明之繞射光柵裝置包含：一下表面(第一表面)；一第一上表面(第二表面)及一第二上表面(第三表面)，其中該第一上表面及該第二上表面位於不同平面，且該第二上表面較接近該下表面；一側面，其係連接於(或稱位於)該第一上表面及該第二上表面之間；及一繞射面，其係連接於(或稱位於)該第二上表面及該下表面之間。

另一方面，本發明提供一種分光裝置，其包含：一本發明之繞射光柵裝置；一第一蓋體；及一第二蓋體，其中該第一蓋體係與該第一表面接合，該第二蓋體係與該第三表面接合，該繞射光柵裝置、該第一蓋體及該第二蓋體形成一內部空間，且該繞射面係朝向該內部空間。

因此，本發明之分光裝置之內部空間，除繞射面外，上光波導及下光波導皆由該第一蓋體或第二蓋體組成，無其他異質表面影響光學訊號傳遞，且經由該第三表面與蓋體接合，組裝方便且不易產生落差，可顯著提昇分光裝置之效能。

在本發明部分具體實施例中，該第二蓋體進一步與該側面接合。

在本發明之一較佳具體實施例中，如圖3所示，該分光裝置400 包含一本發明之繞射光柵裝置410 ，一第一蓋體420 ；及一第二蓋體430 ，其中該第一蓋體420 係與該第一表面414 接合，該第二蓋體430 係與該第三表面417 及該側面418 接合，該繞射光柵裝置410 、該第一蓋體420 及該第二蓋體430 形成一內部空間440 ，且該繞射面412 係朝向該內部空間440 。

在本發明之一具體實施例中，該分光裝置包含一繞射光柵裝置，其包含：一上表面，一第一下表面，一第二下表面，一側面，其係連接於(或稱位於)該第一下表面及該第二下表面之間，及一繞射面，其係連接於(或稱位於)該上表面及該第二下表面之間；一上蓋(第一蓋體)；及一下蓋(第二蓋體)，其中該上蓋係與該上表面接合，該下蓋係與該第二下表面及該側面接合，該繞射光柵裝置、該上蓋及該下蓋形成一內部空間，且該繞射面係朝向該內部空間。在此具體實施例中，該上蓋(第一蓋體)即作為上光波導，該下蓋(第二蓋體)則作為下光波導。

根據本發明，該第一蓋體及第二蓋體的材質可分別選自金屬、玻璃、塑膠及半導體所組成之群。

根據本發明，第一蓋體及第二蓋體與內部空間的接觸面上 可覆蓋至少一層反射層，該反射層可為金屬薄膜或介電薄膜。

又一方面，本發明提供一種分光系統，其包含：一輸入部，用以接收光學訊號；一本發明之分光裝置；及一輸出部。

在本發明之一具體實施例中，該輸入部係為一狹縫。在另一具體實施例中，該輸入部係為一光纖。

在本發明之一具體實施例中，該輸出部為一光纖。根據本發明之部分具體實施例，該輸出部係包含一光電偵測器。

在本文中所使用的「光電偵測器」係指一種利用光敏元件將光訊號轉換為電訊號的偵測器，特定而言，該光電偵測器包括但不限於光電二極體陣列偵測器、電耦合元件光電偵測器、互補金氧半導體感光元件偵測器及光電倍增管偵測器。

實例1 ：分光裝置中波導表面粗糙度對光學系統之影響

比較先前技術如圖2之分光裝置300 ，及本發明如圖3之分光裝置400 ，當其光柵之第二上表面316 及第三表面417 不平整時(參見圖4A及4B之示意圖，圖4A為先前技術，圖4B為本發明)，光學訊號於上述分光裝置之內部空間中傳遞時所受之影響。假設上下光波導之間距均為100 μm，以光追跡軟體模擬計算光學訊號於分光裝置傳導時的光學整體流明效率(Total Flux)(%)。結果如圖4C所示，由於先前技術如圖2之分光裝置300 ，其光柵之第二上表面316 亦作為波導之一部分，當該表面具有不同散射程度(0%~100%)的粗糙結構時，光學系統的光學整體流明效率將受影響，當散射程度越高時，光學整體流明效率越低；本發明之光柵裝置則無此問題，由於僅繞射面朝向該內部空間，上下光波導為均質材料，無其他異質表面影響光學訊號傳遞，因此光學整體流明效率不受光柵其他表面之不同散射程度的粗糙結構影響。

實例2 ：分光裝置中光波導間距不一對光學系統之影響

比較先前技術如圖2之分光裝置300 ，及本發明如圖3之分光裝置400 。由於先前技術如圖2之分光裝置300 於組裝時，須將光柵310 與基板320 對接，於微型化之情況下容易有 接合落差而造成光波導間距不一。假設上下光波導之間距均為100 μm，且先前技術如圖2之分光裝置300 中基板320 有接合落差而與上蓋之光波導間距為80~120 μm，本發明如圖3之分光裝置400 其光波導間距則固定為100 μm(參見圖5A及5B之示意圖，圖5A為先前技術，圖5B為本發明)，以光追跡軟體模擬計算光學訊號於分光裝置傳導時的光學整體流明效率(Total Flux)(%)。結果如圖5C所示，當光波導間距則固定(100 μm)時，光學整體流明效率最高，而光波導間距不一將造成光學整體流明效率降低。因此，先前技術如圖2之分光裝置300 於組裝時光柵310 與基板320 之接合落差將造成光學系統之效率降低，本發明之光柵裝置則無此問題。

400‧‧‧分光裝置

410‧‧‧繞射光柵裝置

412‧‧‧繞射面

414‧‧‧第一表面

416‧‧‧第二表面

417‧‧‧第三表面

418‧‧‧側面

420‧‧‧第一蓋體

430‧‧‧第二蓋體

440‧‧‧內部空間

圖1係為先前技術之紅外線光譜儀結構剖面圖。圖1A係為水平剖面圖，圖1B係為垂直剖面圖。

圖2係為先前技術之光學系統之分光裝置剖面圖。

圖3係為本發明之一較佳具體實施例之分光裝置剖面圖。

圖4顯示分光裝置中波導表面粗糙度對光學系統之影響。圖4A係為先前技術分光裝置之示意圖，圖4B係為本發明之分光裝置之示意圖。圖4C顯示光學整體流明效率受散射程度之影響情形。

圖5顯示分光裝置中光波導間距不一對光學系統之影響。圖5A係為先前技術分光裝置之示意圖，圖5B係為本發明之分光裝置之示意圖。圖5C顯示光學整體流明效率受光波導間距不一之影響情形。

400‧‧‧分光裝置

410‧‧‧繞射光柵裝置

412‧‧‧繞射面

414‧‧‧第一表面

416‧‧‧第二表面

417‧‧‧第三表面

418‧‧‧側面

420‧‧‧第一蓋體

430‧‧‧第二蓋體

440‧‧‧內部空間

Claims (7)

1. 一種分光裝置，其包含：一繞射光柵裝置，其包含一第一表面、相對於該第一表面的一第二表面及一第三表面、一側面及一繞射面，該第二表面及該第三表面位於不同平面，且該第三表面較該第二表面接近該第一表面，該側面連接該第二表面及該第三表面之間，該繞射面連接於該第一表面及該第三表面之間，該繞射光柵裝置之剖面呈一L形階梯狀；一第一蓋體；及一第二蓋體，其中該第一蓋體僅透過該第一表面與該繞射光柵裝置接合，該第二蓋體係與該第三表面接合，該繞射光柵裝置、該第一蓋體及該第二蓋體形成一內部空間，且該繞射面係朝向該內部空間。
2. 如申請專利範圍第1項之分光裝置，其中該第二蓋體進一步與該側面接合。
3. 如申請專利範圍第1項之分光裝置，其中該第一蓋體之材質係選自金屬、玻璃、塑膠及半導體所組成之群。
4. 如申請專利範圍第1項之分光裝置，其中該第二蓋體之材質係選自金屬、玻璃、塑膠及半導體所組成之群。
5. 一種分光系統，其包含：一輸入部，用以接收光學訊號；一如申請專利範圍第1項之分光裝置；及一輸出部。
6. 如申請專利範圍第5項之分光系統，其中該輸入部係為一狹縫。
7. 如申請專利範圍第5項之分光系統，其中該輸出部係包含一光電偵測器。