[发明专利]一种基于法-珀腔阵列式微型光谱仪

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种光谱仪，特别涉及一种基于法-珀腔阵列式微型光谱仪。

背景技术

光谱仪器是应用光学原理和光谱技术，对物质的化学组成及含量进行检测的重要分析仪器，具有分析精度高、测量范围大、速度快等优点，广泛应用于现代科学实验、工农业生产、冶金、地质、石油化工、医药卫生、环境保护、宇宙探索、国防等领域，已形成了几十亿美圆规模的产业。

由于传统光谱仪器使用条件苛刻、体积庞大，因而大大地限制了其应用范围。近年来随着生物医学、航空航天、环境监测、科技农业、军事分析以及工业流程监控等领域的现代化发展，对光谱仪器提出了小型化、微型化、集成化的要求，希望其携带方便、抗振动干扰能力强、性能稳定可靠、功耗小、电压低、使用方便灵活、性能价格比高，且能快速、实时、直观地获取光谱信号。因此，小型化、微型化光谱仪器的研究成了世界各国的研究热点和趋势。

目前，小型化光谱仪的研究已取得了较好进展，并已得到较为广泛的应用。但是，生物医学等领域迫切需要的微型光谱仪在国际上尚处于研究阶段。

从现有公开的基于法-珀腔的微型光谱仪报导中，美国东北大学、西班牙的学者Carlos Calaza都研究过基于法-珀腔的微型光谱仪，但这些方案中，为改变法-珀腔的折射率，是通过改变上下极板的距离而实现的，由于存在运动部件，其制造难度和可靠性、重复性都还需要进行进一步的研究。

重庆大学于2003年公布了一种基于法-珀腔的微型光谱仪的专利(申请号：03117658.5；公开号：CN1442677A)，但该方案，法-珀腔只能通过预先设计好的、单一波长的光谱，不能对被测光进行光谱扫描。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高光通量、高灵敏、体积很小、高可靠的阵列式微型光谱仪。

为达到以上目的，本发明通过以下技术手段实现：

该光谱仪包括阵列排列的多个不同厚度的电光材料板，每个电光材料板的上表面镀有上层反射膜，下表面镀有下层反射膜，每个电光材料板以及对应的上层反射膜和下层反射膜构成法-珀腔单元，所有法-珀腔单元构成法-珀腔阵列。每个法-珀腔单元中上层反射膜的上表面镀有增透膜，每个法-珀腔单元中下层反射膜的下表面与探测器紧密连接；每个法-珀腔单元中上层反射膜与对应的电压源的正极连接，下层反射膜与对应的电压源的负极连接。透镜设置在法-珀腔阵列的正上方，透镜的直径大于法-珀腔阵列的最大径，透镜增透膜镀在透镜的上表面，光源设置在透镜的上方焦点处。上层反射膜和下层反射膜的材料为铝或金。

本发明所提供的微型光谱仪，充分利用了基于法-珀腔原理微型光谱仪的优点，并且没有活动部件，因此可靠性、重复性都会得到很大提高。本发明具有可多通道并行检测光谱信号，分析速度快，加工难度低，可靠性高，各通道参数可独立设计，灵活性强，检测灵敏度高，动态范围大等特点，在生化分析、医疗诊断、工农业检测、环境监测以及航空航天等领域有广泛的应用前景。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

如图1，基于法-珀腔的微型光谱仪包括阵列排列的多个不同厚度的电光材料板1，每个电光材料板1的上表面镀有上层反射膜9，下表面镀有下层反射膜2，每个电光材料板1以及对应的上层反射膜9和下层反射膜2构成法-珀腔单元，所有法-珀腔单元构成法-珀腔阵列。每个法-珀腔单元中上层反射膜9的上表面镀有增透膜10，每个法-珀腔单元中下层反射膜2的下表面与探测器3紧密连接；每个法-珀腔单元中上层反射膜9与对应的电压源4的正极连接，下层反射膜2与对应的电压源4的负极连接。透镜5设置在法-珀腔阵列的正上方，透镜5的直径大于法-珀腔阵列的最大径，透镜增透膜6镀在透镜5的上表面，光源7设置在透镜5的上方焦点处。

光源7发出的被测光经过透镜5的准直，将入射光线变为平行光；入射的平行光经过法-珀腔的分光，将入射光变为光谱信号；改变电压源4的电压，可以改变电光材料的折射率，也就改变了可以通过法-珀腔的波长；记录下随电压变化的光谱信号；光谱分析软件可以对光谱信号进行融合和分析，给出被测光的光谱图。在系统参数设计时，可参考公式(1)、(2)、(3)进行设计。