专利名称：微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于光谱分析仪器技术领域，特别是涉及一种微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器。
背景技术：
现有技术中，公开的微型光谱分析系统近年来虽然在结构上进行了一些较大的改进，但都未能真正实现传感器化，并且现有实用化的微型光谱仪仍然采用光栅分光，光栅的微型化必然会导致光谱仪分辨率的降低，同时这也不利于光能的利用，并且对探测器提出了更高的要求。在保证分辨率一定的前提下，采用光栅作为分光元件也不利于光谱仪体积的减小。美国Northestern Univertsity也从事微型干涉型光谱仪的研究，但是其采用静电控制反射镜移动实现光谱的扫描，这使其结构和控制较为复杂，并且会受到外界的振动影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的存在的不足，提供一种具有高光通量、高灵敏度、较高分辨率、体积很小、可集成化、成本低的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器。
本发明的目的通过以下技术方案来加以实现微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器，包括照明系统和光电探测器阵列，在照明系统和光电探测器阵列之间设置有微型变折射率法-珀腔。微型变折射率法-珀腔由变折射率介质和两边所镀的反射膜构成，法-珀腔在沿折射率变化方向上不同位置具有各自对应的某一特定波长的光波所需的折射率，光电探测器阵列与微型变折射率法-珀腔一体化集成。
所述的变折射率介质采用玻璃作为介质，利用离子交换技术实现介质折射率沿特定方向线性分布。
所述的照明系统由入射光纤和微透镜组成，微透镜形成平行光束正好通过其后的微型变折射率法-珀腔滤波后，最后达到微型变折射率法-珀腔后的光电探测阵列上，再通过信号获取电路完成对光谱信号的探测。
本发明提供的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器可以进行实时的光谱信号采集，由于光谱仪的分辨率只与反射膜的反射率有关，因此对入射光的有效通光孔径没有限制，故可实现较高的光通量，同时亦可提高光谱仪的灵敏度。与现有的机械扫描微型法-珀腔光谱仪不同，该微型光谱仪采用变折射率来实现法-珀腔的有效光程的变化，实现光谱的空间展开，因此无需活动部件，这使结构简单紧凑、无需机械扫描控制、同时减小了体积，提高了仪器的抗震动能力。该微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器具有较高分辨率、可集成化、成本低等特点，是进行弱光谱信号检测的理想器件。可广泛用于生物化学、临床医学、法医刑侦、环境科学、现代野战和国防等众多领域。
图1是本发明的基本结构示意图；图2是变折射率法-珀腔的折射率分布示意图；具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述图1中1、入射光纤 2、微透镜 3、增透膜 4、反射膜 5、变折射率介质 6、反射膜 7、光电探测器阵列由图1可知，本发明提供的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器由增透膜3、反射膜4、变折射率介质5和反射膜6形成微型变折射率法-珀腔，变折射率介质5采用玻璃作为介质，利用离子交换技术或离子注入技术，采用适当的离子与介质中的离子发生交换，交换离子的沿特定方向的浓度分布决定了离子交换后的介质折射率沿特定方向线性分布。法-珀腔的不同位置的折射率决定了其能透过的波长的中心位置，反射膜6的反射率决定了光通带的宽度，法-珀腔不同位置只能透过某一特定范围波长的光波，从而形成一系列中心波长不同的窄带光学滤波器。光纤1为整个探测器的光能输入元件，其后为一起准直作用的微透镜2，微透镜2后是一由增透膜3、反射膜4、变折射率介质5和反射膜6构成的微型变折射率法-珀腔，在变折射率法-珀腔后是一个光电探测器阵列7，与微型变折射率法-珀腔一体化集成。由入射光纤1入射的光经过微透镜2，形成平行光束，上述平行光束经过变折射率珀-腔在光电探测器阵列7上形成相应的光谱电信号，光电探测器阵列7上不同位置的光谱电信号对应了不同的光波长的强度，经过计算机可以将该光谱电信号转变成相应的光谱谱图。
图2给出了光谱展开方向的介质折射率分布情况，在等腔长的情况下，不同位置折射率不同，导致了不同位置有效腔长不同，折射率的线性分布确保了光谱波长在该方向的线性分布。
本发明的制作是利用微光学技术和微细加工技术将微型变折射率法-珀腔和光电探测器阵列等一体化集成在同一芯片上，所得到的整个系统的体积只有厘米见方。
权利要求
1.一种微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器，包括照明系统、分光系统、光电探测器阵列和信号获取电路，其特征在于在照明系统和光电探测器阵列之间设置有微型变折射率法-珀腔，微型变折射率法-珀腔由变折射率介质(5)和两边所镀的反射膜(4)、反射膜(6)构成，微型变折射率法-珀腔在沿折射率变化方向上不同位置具有各自对应的某一特定波长的光波所需的折射率，光电探测器阵列与微型变折射率法-珀腔一体化集成。
2.根据权利要求1所述的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器，其特征在于所述的变折射率介质(5)采用玻璃作为介质，利用离子交换技术实现介质折射率沿特定方向线性分布。
3.根据权利要求1或2所述的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器，其特征在于照明系统由入射光纤(1)和微透镜(2)组成，微透镜(2)形成平行光束正好通过其后的微型变折射率法-珀腔滤波后，最后达到微型变折射率法-珀腔后的光电探测器阵列上，再通过信号获取电路完成对光谱信号的探测。
4.根据权利要求1或2所述的微型集成化变折射率法-珀腔光谱探测器，其特征在于在微型变折射率法-珀腔上所镀反射膜(4)之上还镀有增透膜(3)。
全文摘要
本发明涉及一种微型集成化变折射率法－珀腔光谱探测器，包括入射光纤、微透镜、变折射率法－珀腔阵列、光电探测器阵列和信号获取电路。由反射膜和变折射率介质形成法－珀腔阵列，每一个法－珀腔只能透过某一种波长的光波，从而形成一系列光学滤波器，由入射光纤入射的光经过微透镜，形成平行光束，经过珀－腔阵列在光电探测器阵列上形成相应的光谱电信号，光电探测阵列上不同位置的光谱电信号对应了不同的光波长的强度，经过计算机可以将该光谱电信号转变成相应的光谱谱图。本发明具有高光通量、高灵敏度、较高分辨率、体积很小、无活动部件、可集成化、成本低等特点，是进行弱光谱信号信号检测的理想器件，可广泛用于生化、医学、刑侦、环境、国防等领域。
文档编号G01J3/26GK1546956SQ20031011118
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者陈刚, 温志渝, 陈 刚 申请人:重庆大学