[發明專利]一種二維光柵三量程光柵光譜儀

在審

• 申請號: 202111161543.8
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113847985A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 嚴子燁;趙浩辰;葉志成;佘軼
• 申請（專利權）人: 上海交通大學煙臺信息技術研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/18
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種二維光柵三量程光柵光譜儀，涉及光柵光譜儀領域，包括二維光柵、探測陣列和光路元件，其特征在于：二維光柵為二維矩形晶格非對稱周期三量程的亞波長光柵，包括襯底、光柵和抗反射結構，襯底位于光柵的底面；探測陣列包括CCD接收器，CCD接收器接收經二維光柵后產生的自由空間衍射光；光路元件包括托盤和轉軸，托盤上表面設置有二維光柵；轉軸轉動時，帶動托盤旋轉，從而利用二維光柵的不同周期，實現光柵光譜儀測量量程的切換。本發明結構緊湊，量程寬，靈敏度高，可適應各種復雜環境且價格低廉。

技術領域

本發明涉及光柵光譜儀領域，尤其涉及一種二維光柵三量程光柵光譜儀。

背景技術

光柵光譜儀是一種成熟的工業設備，其作用為將輸入光譜中的不同波長分量精確分離，并針對不同波長測量其中的功率含量。經由分析產生的高精度光譜信息，可以作為后續分析工具的輸入，從光譜信息中獲得輸入光源或反射光源的發射譜、反射譜、吸收譜信息，可以作為光源性能分析、物質成分構成分析的重要依據。

隨著當前人們對光學器件高效化、小型化、集成化的要求，以及微納技術和MEMS微制造技術的發展，微型光譜儀技術已成為當前一個熱門的研究方向。

現有的光柵光譜儀受困于結構問題存在波長測量上限，波長大于光柵周期的光無法被探測，且其靈敏度與量程成反比關系，因此如何在不犧牲光譜儀精度的條件下縮小其體積并降低成本已成為微型光譜儀的研究難點。目前市場上已有許多微型光譜儀產品，它們結構小巧緊湊，方便攜帶，并且能覆蓋可見光和近紅外光波段。這些微型光譜儀可用于鑒別物品的特定物質分子含量、寶石分析、物證鑒定等領域，對生產生活有較大的實用意義。但是，目前這些產品價格都較為高昂，無法實現大規模推廣。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種結構緊湊，工藝簡單，成本低，適合大批量生產的光柵光譜儀。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何開發出一種結構緊湊，工藝簡單，成本低，適合大批量生產的光柵光譜儀。

為實現上述目的，本發明提供了一種二維光柵三量程光柵光譜儀，包括二維光柵、探測陣列和光路元件，其特征在于：

所述二維光柵為二維矩形晶格非對稱周期三量程的亞波長光柵，包括襯底、光柵和抗反射結構，所述襯底位于所述光柵的底面；

所述探測陣列包括CCD接收器，所述CCD接收器接收經所述二維光柵后產生的自由空間衍射光；

所述光路元件包括托盤和轉軸，所述托盤上表面設置有所述二維光柵；所述轉軸位于所述托盤下部，所述轉軸轉動時，帶動所述托盤旋轉，從而利用所述二維光柵的不同周期，實現所述光柵光譜儀測量量程的切換。

進一步地，所述二維光柵在橫向和縱向的周期不同。

進一步地，入射信號光可以從所述光柵面或者所述襯底面入射。

進一步地，入射信號光從所述襯底面入射時在入射面的光點位置設置所述抗反射結構，并且所述襯底為對入射光透明材料。

進一步地，所述CCD接收器接收的自由空間衍射光為反射衍射或者透射衍射。

進一步地，所述光柵材料為介質或者金屬。

進一步地，所述金屬為鋁、銀、鈦和金中的任何一種。

在本發明的較佳實施方式中，二維光柵采用周期非對稱三量程結構設計，從而能夠在三個方向產生在空氣中衍射角度小于90度的自由空間衍射光被探測陣列收集。并且對應于三個不同的量程和分辨率，從而可以以較小的體積實現較大的量程和更精細的光譜分析。

因此，相比現有技術，本發明的有益效果在于：

1、結構緊湊，量程寬，將現有光柵光譜儀的量程拓展至三個量程的合并；