專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片。
背景技術(shù)：
微型拉曼光譜儀能夠測(cè)定特定的化學(xué)成分，在食品安全、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。微型拉曼光譜儀已有很多商用產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品在應(yīng)用中還存在著價(jià)格高、波長(zhǎng)分辨率低、體積重量大等缺點(diǎn)，如美國(guó)AhuraScient ific公司的微型拉曼頻譜儀，美國(guó)DeltaNu公司的掌上型拉曼光譜儀等，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的拉曼光譜儀的結(jié)構(gòu)相同， 是大型光譜儀的小型化，但在小型化的同時(shí)也造成了光學(xué)性能的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其克服了背景技術(shù)中拉曼光譜儀所存在的體積大、價(jià)格高、光譜分辨率低等不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的所采用的技術(shù)方案是一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，它包括一基板(10)、一第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)、一第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30) —光傳導(dǎo)件(40)、一光電探測(cè)器陣列(50)和一輸入光纖(60)，所述第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)、第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵 (30)、光傳導(dǎo)件(40)和光電探測(cè)器陣列(50)都設(shè)在基板(10)上，所述第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30)具有波導(dǎo)陣列輸出(70)；拉曼散射光經(jīng)輸入光纖(60)進(jìn)入第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)以分光為N個(gè)不同波長(zhǎng)的輸出光，N個(gè)輸出光分別進(jìn)入第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30)以再次分光，使特定波長(zhǎng)的光在波導(dǎo)陣列輸出(70)的特定波導(dǎo)輸出，經(jīng)光傳導(dǎo)件(40)傳導(dǎo)再照射在光電探測(cè)器陣列(50)的特定像元以轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，所述特定波長(zhǎng)、特定波導(dǎo)、特定像元一一對(duì)應(yīng)。一較佳實(shí)施例之中所述基板(10)選用硅片。一較佳實(shí)施例之中所述光傳導(dǎo)件(40)采用斜面鏡。一較佳實(shí)施例之中它還包括一楔形波導(dǎo)(80)，所述楔形波導(dǎo)(80)設(shè)在基板(10) 上，且，耦合在輸入光纖(60)和第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)間，從而降低光的耦合和傳輸損
^^ ο一較佳實(shí)施例之中所述基板(10)和光電探測(cè)器陣列(50)通過(guò)光學(xué)樹(shù)脂對(duì)準(zhǔn)粘
合在一起。本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用級(jí)聯(lián)陣列波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)分光功能，第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵完成第一級(jí)分光后，根據(jù)針對(duì)的化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)需求，第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵的N個(gè)輸出光作為第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的輸入光波導(dǎo)，由第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵進(jìn)行第二次分光，則能產(chǎn)生如下技術(shù)效果a、能在較高靈敏度條件下在N個(gè)特征峰(N個(gè)波長(zhǎng)段，該N個(gè)波長(zhǎng)段與一種或多種目標(biāo)檢測(cè)物質(zhì)的特征峰一一對(duì)應(yīng))附近實(shí)現(xiàn)較高的波長(zhǎng)分辨率，尤其適合于采用拉曼光譜對(duì)一種或多種化學(xué)物質(zhì)的痕量檢測(cè)；b、無(wú)需較大的光程差就可在數(shù)個(gè)特征峰附近實(shí)現(xiàn)較高的光譜分辨率，有效減小了光譜儀的體積和重量。和F-P腔相比，可以在不減弱光強(qiáng)的條件下實(shí)現(xiàn)分光，尤其適合拉曼光譜中微弱散射光的檢測(cè)；C、具有無(wú)需繁瑣的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，抗震動(dòng)，沖擊能力強(qiáng)，穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)；d、價(jià)格低、體積小，重量輕，能夠批量生產(chǎn)。2、輸入光纖和陣列波導(dǎo)光柵通過(guò)楔形波導(dǎo)連接，從而降低光的耦合和傳輸損耗。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1繪示了一較佳實(shí)施例的拉曼光譜儀芯片的示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)查閱圖1，一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，它包括一基板 10、一第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20、一第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30、一光傳導(dǎo)件40、一光電探測(cè)器陣列50、一輸入光纖60和一楔形波導(dǎo)80。所述第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30包括并列的 N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵，所述第二級(jí)N個(gè)的每個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30都具有波導(dǎo)陣列輸出70。所述第一陣列波導(dǎo)光柵20，用于分光，以使N個(gè)不同特定波長(zhǎng)的輸出光分別進(jìn)入第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30 ；所述第二級(jí)N個(gè)中的每個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30用于對(duì)每個(gè)輸出光進(jìn)行再次分光，以使每個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30使不同特定波長(zhǎng)的光色散進(jìn)入波導(dǎo)陣列輸出70的不同特定波導(dǎo)，用于使不同特定波導(dǎo)輸出不同特定波長(zhǎng)的光。本實(shí)施例之中，所述基板10選用硅片， 所述光傳導(dǎo)件40采用斜面鏡。所述輸入光纖60、楔形波導(dǎo)80、第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20、第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵 30、斜面鏡40依次耦合，使得所述拉曼散射光依次經(jīng)輸入光纖60、楔形波導(dǎo)80、第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20、第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30、斜面鏡40照射在光電探測(cè)器陣列50。本實(shí)施例之中，所述第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20和輸入光纖60通過(guò)楔形波導(dǎo)80耦合連接，從而降低光的耦合和傳輸損耗。本實(shí)施例之中，所述輸入光纖60可采用通常的光耦合技術(shù)，經(jīng)在光學(xué)校準(zhǔn)具上調(diào)整位置后與楔形波導(dǎo)80可采用通常的光學(xué)樹(shù)脂粘結(jié)。本實(shí)施例之中，所述楔形波導(dǎo)80、第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20、第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30和斜面鏡40均采用微細(xì)加工技術(shù)制作集成在基板10表面上。本實(shí)施例之中，所述輸入光纖60通過(guò)特殊光耦合工藝固定在基板10的特定位置而不能移動(dòng)，此位置經(jīng)設(shè)計(jì)和光學(xué)調(diào)節(jié)后保證輸入光纖60的輸入光接近100%地進(jìn)入到楔形波導(dǎo)80中。本實(shí)施例之中，所述基板10和光電探測(cè)器陣列50通過(guò)光學(xué)樹(shù)脂對(duì)準(zhǔn)粘合在一起，并使得第二 N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30的波導(dǎo)陣列輸出70中各個(gè)波導(dǎo)(出口通道)的位置，以及斜面鏡40的形狀和位置經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，使得波導(dǎo)陣列輸出70中各個(gè)波導(dǎo)的輸出光通過(guò)斜面鏡40折射后一一對(duì)應(yīng)地進(jìn)入到CCD探測(cè)器陣列50的像元(探測(cè)單元)(所述光電探測(cè)器陣列50具有多個(gè)位于不同位置的像元)中。拉曼散射光經(jīng)輸入光纖60、楔形波導(dǎo)80進(jìn)入第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵20以分光為N 個(gè)不同波長(zhǎng)的輸出光，N個(gè)輸出光分別進(jìn)入第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵30以再次分光，使特定波長(zhǎng)的光在波導(dǎo)陣列輸出70的特定波導(dǎo)輸出，經(jīng)光傳導(dǎo)件40傳導(dǎo)再照射在光電探測(cè)器陣列50的特定像元以轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)(所述數(shù)字信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路形成拉曼光譜信
4息)，所述特定波長(zhǎng)、特定波導(dǎo)、特定像元一一對(duì)應(yīng)。本實(shí)施例涉及一種集成化、低成本的拉曼光譜儀芯片，此芯片可與通用的拉曼采樣探頭，激光器、收集光路、光電探測(cè)器及電路，外殼，電源系統(tǒng)，顯示面板等結(jié)合，能設(shè)成為微型拉曼光譜儀，該拉曼光譜儀可用于食品安全，科學(xué)試驗(yàn)，生物醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)和分析。而且，它能采用通用光纖接頭與拉曼散射光收集光路連接，無(wú)需繁瑣的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，抗震動(dòng)，沖擊能力強(qiáng)，穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專(zhuān)利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其特征在于它包括一基板(10)、一第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)、一第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30) 一光傳導(dǎo)件(40)、一光電探測(cè)器陣列(50)和一輸入光纖(60)，所述第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵 (20)、第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30)、光傳導(dǎo)件(40)和光電探測(cè)器陣列(50)都設(shè)在基板 (10)上，所述第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30)具有波導(dǎo)陣列輸出(70)；拉曼散射光經(jīng)輸入光纖(60)進(jìn)入第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)以分光為N個(gè)不同波長(zhǎng)的輸出光，N個(gè)輸出光分別進(jìn)入第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵(30)以再次分光，使特定波長(zhǎng)的光在波導(dǎo)陣列輸出(70)的特定波導(dǎo)輸出，經(jīng)光傳導(dǎo)件(40)傳導(dǎo)再照射在光電探測(cè)器陣列 (50)的特定像元以轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，所述特定波長(zhǎng)、特定波導(dǎo)、特定像元一一對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其特征在于所述基板(10)選用硅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其特征在于所述光傳導(dǎo)件(40)采用斜面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其特征在于它還包括一楔形波導(dǎo)(80)，所述楔形波導(dǎo)(80)設(shè)在基板(10)上，且，耦合在輸入光纖(60)和第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵(20)間，從而降低光的耦合和傳輸損耗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，其特征在于所述基板(10)和光電探測(cè)器陣列(50)通過(guò)光學(xué)樹(shù)脂對(duì)準(zhǔn)粘合在一起。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高特征峰附近光譜分辨率的拉曼光譜儀芯片，它包括一基板、一第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵、一第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵、一光傳導(dǎo)件、一光電探測(cè)器陣列和一輸入光纖，所述第二級(jí)N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵具有波導(dǎo)陣列輸出。拉曼散射光經(jīng)輸入光纖進(jìn)入第一級(jí)陣列波導(dǎo)光柵以分光為N個(gè)不同波長(zhǎng)的輸出光，N個(gè)輸出光分別進(jìn)入第二級(jí)的N個(gè)陣列波導(dǎo)光柵再次分光，使特定波長(zhǎng)的光在波導(dǎo)陣列輸出的特定波導(dǎo)輸出，經(jīng)光傳導(dǎo)件傳導(dǎo)再照射在光電探測(cè)器陣列的特定像元以轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，所述特定波長(zhǎng)、特定波導(dǎo)、特定像元一一對(duì)應(yīng)。它具有如下優(yōu)點(diǎn)采用級(jí)聯(lián)陣列波導(dǎo)光柵實(shí)現(xiàn)分光功能，價(jià)格低、體積小，重量輕，能夠批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/01GK102507004SQ20111035927
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者呂苗, 康懷志, 田中群, 程雅琴 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)