[發明專利]帶楔形波導層導模共振濾波片的微型光譜儀

有效

• 申請號: 201610088442.5
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN105606219B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 黃元申;周紅艷;盛斌;倪爭技;陳鵬;孫樂;董成成
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種微型偏振光譜儀器，特別涉及一種帶楔形波導層導模共振濾波片的微型光譜儀。

背景技術

光譜儀是光譜測量系統中的核心部件，光譜儀器是應用光學、電子及計算機技術對物質的成分及結構等進行分析和測量的基本設備，廣泛應用于環境監測、工業控制、化學分析、食品檢測、材料分析、航空航天遙感及科學教育等領域。由于傳統的光譜儀存在著結構復雜、使用環境受限、不便攜帶及價格昂貴等缺點，不能滿足現場檢測和實時監控的需求。因此，微型光譜儀成為光譜儀器發展的一個重要的研究方向。近年來，由于光纖技術、光柵技術及陣列式探測器技術的發展和成熟，使得光譜檢測系統形成了光源、采樣單元及攝譜單元相分離的結構形式，整個系統結構更具模塊化，使用更加方便靈活，從而使微型光譜儀成為現場檢測和實時監控的首選儀器。目前，市場上用的比較多的有微型拉曼光譜儀、熒光光譜儀、帶有實時溫度補償功能的微型光譜儀等，比較創新的有基于膠體量子點納米材料的光譜儀。

發明內容

本發明是針對傳統的光譜儀存在著結構復雜、使用環境受限、不便攜帶及價格昂貴的問題，提出了一種帶楔形波導層導模共振濾波片的微型光譜儀，以楔形波導層導模共振濾波片作為分光器件,結合光源、偏振片、半透半反鏡和面陣探測器構成的微型偏振光譜儀。利用共振峰位置隨波導層厚度的線性變化而變化，入射的一束復色光經過偏振片再經過濾波片，將產生分光的現象，從而能夠獲取一定波段的譜面。

本發明的技術方案為：一種楔形波導層導模共振濾波片微型光譜儀，包括復色光源、準直擴束系統、偏振片、半透半反鏡、楔形波導層導模共振濾波片、面陣探測器，復色光源出射光經過準直擴束系統后輸出平行光，再經過偏振片輸出偏振光，偏振光投射到45度傾斜角的半透半反鏡上，反射光垂直打在楔形波導層導模共振濾波片上，經過楔形波導層導模共振濾波片反射回來的光再次經過半透半反鏡透射出去，由面陣探測器接收被楔形波導層導模共振濾波片反射的波段范圍內的連續光譜面信息，實現線偏振態下的光譜分析。

所述楔形波導層導模共振濾波片選擇波導層厚度為180nm-300nm連續變化的Ta2O5波導層，光柵層選擇刻線密度為990line/mm的光柵。

本發明的有益效果在于：本發明帶楔形波導層導模共振濾波片的微型光譜儀，結構簡單，價格低廉，能夠做到很小的結構，方面攜帶。

附圖說明

圖1為本發明帶楔形波導層導模共振濾波片的微型光譜儀結構示意圖；

圖2為本發明在楔形波導層變化范圍為180-300nm導模共振濾波片微型偏振光譜儀的譜線模擬仿真圖。

具體實施方式

如圖1所示楔形波導層導模共振濾波片微型光譜儀結構示意圖，光譜儀包括復色光源1、準直擴束系統2、偏振片3、半透半反鏡4、楔形波導層導模共振濾波片5、面陣探測器6。

采用離子束刻蝕技術以及曝光顯影技術來制作楔形波導層導模共振濾波片5，主要原理是利用楔形波導層導模共振濾波片的導模共振機理，在用復色光源垂直入射條件下，其反射光是一連續光譜面，從而獲得一定波段內的光譜信息，實現光譜分析。楔形波導層導模共振濾波片5選擇波導層厚度為180nm-300nm連續變化的Ta2O5波導層，光柵層選擇刻線密度為990line/mm的光柵，通過對該結構軟件的計算仿真，發現隨著波導層厚度的線性變化，連續光譜的反射峰存在峰值漂移的現像，如圖2所示在楔形波導層變化范圍為180-300nm導模共振濾波片微型偏振光譜儀的譜線模擬仿真圖（圖中橫坐標和縱坐標分別是共振峰的波長和反射效率）。本專利的微型光譜儀不同于一般的光譜儀系統，由復色光源1經過準直擴束系統2輸出平行光，經過偏振片3輸出偏振光，偏振光投射到45度傾斜角的半透半反鏡4，經反射后垂直打在楔形波導層導模共振濾波片5上，其反射光為一定波段范圍內的連續光譜面，楔形波導層導模共振濾波片5反射回來的光再經過半透半反鏡4透射出去，由面陣探測器6接收譜面信息，實現線偏振態下的光譜分析。本專利涉及的光譜儀具有微型化的特點，結構簡單、體積小、價格低廉，可實現連續光譜信息的采集。同時，滿足某些物質分析對偏振態下的需求，實現物質的精準分析。