專利名稱：一種基于法-珀腔陣列式微型光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光譜儀，特別涉及一種基于法-珀腔陣列式微型光譜儀。
背景技術(shù)：
光譜儀器是應(yīng)用光學(xué)原理和光譜技術(shù)，對(duì)物質(zhì)的化學(xué)組成及含量進(jìn)行檢測(cè)的重要分析儀器，具有分析精度高、測(cè)量范圍大、速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、冶金、地質(zhì)、石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、宇宙探索、國(guó)防等領(lǐng)域，已形成了幾十億美圓規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。
由于傳統(tǒng)光譜儀器使用條件苛刻、體積龐大，因而大大地限制了其應(yīng)用范圍。近年來隨著生物醫(yī)學(xué)、航空航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)、科技農(nóng)業(yè)、軍事分析以及工業(yè)流程監(jiān)控等領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展，對(duì)光譜儀器提出了小型化、微型化、集成化的要求，希望其攜帶方便、抗振動(dòng)干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠、功耗小、電壓低、使用方便靈活、性能價(jià)格比高，且能快速、實(shí)時(shí)、直觀地獲取光譜信號(hào)。因此，小型化、微型化光譜儀器的研究成了世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)。
目前，小型化光譜儀的研究已取得了較好進(jìn)展，并已得到較為廣泛的應(yīng)用。但是，生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域迫切需要的微型光譜儀在國(guó)際上尚處于研究階段。從現(xiàn)有公開的基于法-珀腔的微型光譜儀報(bào)導(dǎo)中，美國(guó)東北大學(xué)、西班
牙的學(xué)者Carlos Calaza都研究過基于法-珀腔的微型光譜儀，但這些方案中，為改變法-珀腔的折射率，是通過改變上下極板的距離而實(shí)現(xiàn)的，由于存在運(yùn)動(dòng)部件，其制造難度和可靠性、重復(fù)性都還需要進(jìn)行進(jìn)一歩的研究。重慶大學(xué)于2003年公布了一種基于法-珀腔的微型光譜儀的專利(申請(qǐng)?zhí)?3117658.5;公開號(hào)CN1442677A)，但該方案，法-珀腔只能通過預(yù)先設(shè)計(jì)好的、單一波長(zhǎng)的光譜，不能對(duì)被測(cè)光進(jìn)行光譜掃描。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高光通量、高靈敏、體 積很小、高可靠的陣列式微型光譜儀。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)
該光譜儀包括陣列排列的多個(gè)不同厚度的電光材料板，每個(gè)電光材料板 的上表面鍍有上層反射膜，下表面鍍有下層反射膜，每個(gè)電光材料板以及對(duì) 應(yīng)的上層反射膜和下層反射膜構(gòu)成法-珀腔單元，所有法-珀腔單元構(gòu)成法-珀腔陣列。每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜的上表面鍍有增透膜，每個(gè)法-珀
腔單元中下層反射膜的下表面與探測(cè)器緊密連接；每個(gè)法-珀腔單元中上層
反射膜與對(duì)應(yīng)的電壓源的正極連接，下層反射膜與對(duì)應(yīng)的電壓源的負(fù)極連 接。透鏡設(shè)置在法-珀腔陣列的正上方，透鏡的直徑大于法-珀腔陣列的最大 徑，透鏡增透膜鍍?cè)谕哥R的上表面，光源設(shè)置在透鏡的上方焦點(diǎn)處。上層反 射膜和下層反射膜的材料為鋁或金。
本發(fā)明所提供的微型光譜儀，充分利用了基于法-珀腔原理微型光譜儀 的優(yōu)點(diǎn)，并且沒有活動(dòng)部件，因此可靠性、重復(fù)性都會(huì)得到很大提高。本發(fā) 明具有可多通道并行檢測(cè)光譜信號(hào)，分析速度快，加工難度低，可靠性高， 各通道參數(shù)可獨(dú)立設(shè)計(jì)，靈活性強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，在 生化分析、醫(yī)療診斷、工農(nóng)業(yè)檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及航空航天等領(lǐng)域有廣泛的 應(yīng)用前景。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。.
如圖1，基于法-珀腔的微型光譜儀包括陣列排列的多個(gè)不同厚度的電光 材料板1，每個(gè)電光材料板1的上表面鍍有上層反射膜9，下表面鍍有下層
反射膜2，每個(gè)電光材料板1以及對(duì)應(yīng)的上層反射膜9和下層反射膜2構(gòu)成 法-珀腔單元，所有法-珀腔單元構(gòu)成法-珀腔陣列。每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜9的上表面鍍有增透膜10，每個(gè)法-珀腔單元中下層反射膜2的下表面與探測(cè)器3緊密連接；每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜9與對(duì)應(yīng)的電壓源4的正極連接，下層反射膜2與對(duì)應(yīng)的電壓源4的負(fù)極連接。透鏡5設(shè)置在法-珀腔陣列的正上方，透鏡5的直徑大于法-珀腔陣列的最大徑，透鏡增透膜6鍍?cè)谕哥R5的上表面，光源7設(shè)置在透鏡5的上方焦點(diǎn)處。
光源7發(fā)出的被測(cè)光經(jīng)過透鏡5的準(zhǔn)直，將入射光線變?yōu)槠叫泄?；入射的平行光?jīng)過法-珀腔的分光，將入射光變?yōu)楣庾V信號(hào)；改變電壓源4的電壓，可以改變電光材料的折射率，也就改變了可以通過法-珀腔的波長(zhǎng)；記錄下隨電壓變化的光譜信號(hào)；光譜分析軟件可以對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行融合和分析，給出被測(cè)光的光譜圖。在系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，可參考公式(1)、 (2)、 (3)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
典型的折射率可隨兩端電壓變化而改變的材料是具有電光效應(yīng)的材料，如液晶、電光晶體、某些有機(jī)聚合物等，在不同電場(chǎng)下，具有不同的折射率。利用電光材料作為法-珀腔的諧振腔，就可以通過對(duì)電光材料電場(chǎng)的控制，使其折射率改變，來控制透過法-珀腔的波長(zhǎng)。法-珀腔的透射峰處的波長(zhǎng)2?？捎上率?jīng)Q定
/1。 二 2/iL/ n ( 1 )
式中，n為電光材料的折射率，L為腔厚，m為干涉級(jí)次。在美國(guó)東北大學(xué)、西班牙的學(xué)者Carlos Calaza的方案中，是通過改變法-珀腔的厚度參數(shù)L來改變法-珀腔的透射峰處的波長(zhǎng)^。而重慶大學(xué)于2003年公布的一種基于法-珀腔的微型光譜儀專利(公開號(hào)CN1442677A)的方案中，每個(gè)法-珀腔的參數(shù)n、 L都為定值， 一旦加工完成，無法再進(jìn)行調(diào)整。本方案通過對(duì)電壓的控制來掃描波長(zhǎng)，使之成為真正意義上的光譜儀。根據(jù)法-珀腔濾光片的原理，每個(gè)法-珀腔可以通過的光譜帶寬可以表示
為
A義S
2VI (2)
5式中^ = ^ ^2， A和A為腔的兩面反射率。通過該式可以看到，反射率越
高，則法-珀腔的帶寬越窄，即光譜分辨率越高。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以針對(duì) 不同的應(yīng)用和工藝條件，確定合適的帶寬及反射率。
法-珀腔的自由光譜范圍是由電光材料折射率的變化范圍決定的。透射 峰處的波長(zhǎng)2。的變化范圍AA?？杀硎緸?br> AA0 =——A
(3)
式中A"為電光材料折射率的可變化范圍。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可根據(jù)需要和 電光材料的折射率變化范圍來確定每個(gè)法-珀腔的自由光譜范圍。多個(gè)法-珀 腔的疊加，即陣列結(jié)構(gòu)，就可擴(kuò)展可測(cè)量的光譜范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于法-珀腔陣列式微型光譜儀，包括陣列排列的多個(gè)不同厚度的電光材料板，其特征在于每個(gè)電光材料板的上表面鍍有上層反射膜，下表面鍍有下層反射膜，每個(gè)電光材料板以及對(duì)應(yīng)的上層反射膜和下層反射膜構(gòu)成法-珀腔單元，所有法-珀腔單元構(gòu)成法-珀腔陣列；每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜的上表面鍍有增透膜，每個(gè)法-珀腔單元中下層反射膜的下表面與探測(cè)器緊密連接；每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜與對(duì)應(yīng)的電壓源的正極連接，下層反射膜與對(duì)應(yīng)的電壓源的負(fù)極連接；透鏡設(shè)置在法-珀腔陣列的正上方，透鏡的直徑大于法-珀腔陣列的最大徑，透鏡增透膜鍍?cè)谕哥R的上表面，光源設(shè)置在透鏡的上方焦點(diǎn)處。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種基于法-珀腔陣列式微型光譜儀，其特征 在于所述的上層反射膜和下層反射膜的材料為鋁或金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于法-珀腔陣列式微型光譜儀。傳統(tǒng)光譜儀器使用條件苛刻、體積龐大，限制了其應(yīng)用范圍。本發(fā)明包括陣列排列的多個(gè)不同厚度的電光材料板，每個(gè)電光材料板的上、下表面鍍有上、下層反射膜，構(gòu)成法-珀腔單元，陣列排列的法-珀腔單元構(gòu)成法-珀腔陣列。每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜鍍有增透膜，下層反射膜與探測(cè)器緊密連接；每個(gè)法-珀腔單元中上層反射膜與對(duì)應(yīng)的電壓源的正極連接，下層反射膜與負(fù)極連接。透鏡設(shè)置在法-珀腔陣列的正上方，光源設(shè)置在透鏡的上方焦點(diǎn)處。本發(fā)明具有可多通道并行檢測(cè)光譜信號(hào)，分析速度快、加工難度低、可靠性高、靈活性強(qiáng)、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/12GK101476936SQ20091009548
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者松 胡, 高秀敏 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)