[發明專利]光纖探測器

無效

• 申請號: 201010124819.0
• 申請日: 2010-02-26
• 公開（公告）號: CN101900604A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 維亞切斯拉夫·阿爾秋申科
• 申請（專利權）人: 維亞切斯拉夫·阿爾秋申科
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G02B6/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王艷江;田軍鋒

技術領域

本發明涉及一種用于光譜學上的光纖探測器。該探測器包括一根或多根光纖以及光輸入/輸出耦合器，該光輸入/輸出耦合器分別用于將光耦合到光纖和將來自同一光纖的光耦合輸出。光耦合器設在光纖或光纖束的一端，此后稱該端為近端。

背景技術

用于光譜學的光纖探測器在該領域內被廣泛公知。通常這樣的光纖探測器包括第一光纖或第一光纖束以將光從探測器近端導向探測器遠端，以及用于將光導向回探測器近端的第二光纖或第二光纖束。光感測元件如衰減全反射感測元件或透射/反射(Trans-Reflex)元件設在光纖探測器的遠端。為了確定樣品的光譜特性，光感測元件通常設為與樣品相互作用的方式，這樣進入到光感測元件的光被樣品改變并將其反射回到光纖束的光纖中，所以它最終從光纖或光纖束的近端發射出來，能夠通過分析檢測器元件如基于衍射光柵的光譜計、傅里葉變換干涉儀或具有相關光電管的光譜過濾器，或檢測器的陣列來分析它們。

這種探測器的實例公開于US?5,754,722。

發明內容

本發明的目的是提供一種改進的光譜探測器，其具有高效率，小直徑及高度靈活性。

根據本發明，該目的通過具有光輸入/輸出耦合器的雙向光導纖維光譜探測器達到。該探測器包括單一光纖或光纖束，每個光纖具有近端、遠端以及數值孔徑NA＝sinθ。該數值孔徑NA描述了光纖的近端能夠接收或發射光的角度范圍。該數值孔徑取決于纖維芯的折射率n并且由NA＝n＊sinθ給定。θ為受光角被定義為光纖在其近端的接受錐角的半角。

光耦合器是一種輸入/輸出耦合器，它設在與近端相鄰或接近處，用于將光耦合到所述近端并聚集來自光纖或光纖束的所述近端的光。雙向光導纖維光譜探測器還包括設在與光纖探測器的所述遠端相鄰或接近處的光感測元件。該光感測元件適于檢測待與所述感測元件接觸或接近的樣品的光譜性質。

輸入/輸出耦合器用于將高階模式的光線耦合到光纖的近端并使低階模式的光線傳給分析感測元件。光輸入/輸出耦合器包括輸入耦合裝置，它用于以介于θ和θ/x之間的入射角將光耦合到所述光纖或所述光纖束的所述近端，其中x在1到10之間的范圍內。該光輸入/輸出耦合器還包括輸出耦合裝置，它用于聚集來自光纖或光纖束的近端的角度小于θ/x的光。因此，該輸入/輸出光耦合器用于將較高階模式的光耦合到所述光纖或光纖束并聚集來自所述光纖或所述光纖束的所述近端的相對低階模式的光。

光纖或光纖束的每根光纖用做于轉換器，它將沿光纖傳播光的光模式從相對較高階模式轉換為相對較低階模式。θ/x是輸入/輸出分離角。每根光纖能夠被看作是空間濾波器，當光沿所述光纖傳播并從遠端和所述光感測元件反射時，它使所述相對較高階模式的光衰減至并至少部分地將其功率重定向至所述相對低階模式的光。

換句話說，要求保護的發明利用了當光沿光纖傳播時，光纖能夠集中較高階模式的光并將較高階模式的光轉換為較低階模式的光的作用。這使得耦合入具有相對高能的較高階模式的光以及重新獲得具有較低階光模式的高能量信號成為可能。利用空間濾波器的特性使更多的光并且因此更高的光能輸入耦合到所述光纖成為可能同時受益于單一光纖的優點，它用于將光傳給光感測元件及此后反射回到探測器的近端。總而言之，至少，不需要如在通常的探測器中使用兩根光纖-一根光纖傳輸光而另一根聚集從感測元件返回的光-就能夠改善信噪比。因此，排除了在混合光纖束中兩根或多根光纖的需要及使用大尺寸光學元件(像昂貴的金剛石衰減全反射元件)的需要。結果基本上能夠減小探測器的直徑及價格，同時探測器將會更加柔韌并且能夠用于微反應器，用于人體內鏡檢查術甚至血管內部。因此，改進了探測器的信噪比中的效率同時基本上改進了其它所有的探測器參數。

由于僅使用單一光纖傳播光并聚集來自單通道光譜計的遠端檢測器元件的光的能力而產生了其它優點。本發明也可應用于多通道光譜計其中每個光纖如上所描述被使用。

在優選的實施方式中，光纖光譜探測器包括單一光纖用于將耦合到所述單一光纖的所述近端的光導向在所述單一光纖的遠端的所述光感測元件并從所述光感測元件返回到所述單一光纖的所述近端。單一光纖用作為將從較高階光模式轉換較低階光模式的傳播光模式轉換器，因此通過光耦合器，將耦合入所述光纖的光從出自所述光纖的光中分離出來。耦合到所述光纖中的光來自于光源。來自所述光纖的光已通過在光纖的遠端的感測元件。因此，光纖探測器的典型輸出耦合效率能夠超過在光纖近端使用分束器或Y-光纖分路器時所能達到效率，其在最佳案例中提供不超過50％的最大效率(參閱DE?10034220A1的圖5)。