[发明专利]多元光学元件的制造方法

说明书

Michael T.Pelletier和Christopher Michael Jones

技术领域

本文公开的实施例涉及薄膜光学器件领域。更具体地，本文公开的实施例涉及用于在光学计算系统中使用光学元件和光学计算元件的制造技术和方法。

背景技术

多元光学元件(Multivariate Optical Elements，MOE)是过去已经被用来对复杂样本的液体和材料成分进行光学分析的光学计算元件的示例。MOE能够通过提供被设计为在期望波长进行有益或破坏性干扰的具有厚度和反射性的一系列层来构建，以提供特别用于与光相互作用和提取光谱等目的的编码图案(波形)。MOE的构建方法与光学干扰滤光片的构建方法类似。对于复杂的波形，通过常规干扰滤光片手段构建的光学计算元件可能需要数百个层。除了制作复杂之外，如此构建的MOE在严酷环境下可能无法充分地运转。例如，用于石油勘探或开采的钻井建设(drilling setup)的井下(downhole)可能包括不利的温度、冲击以及振动等条件，这些会影响具有极其严密公差(tight tolerance)的包括太多层的MOE的性能。

需要提供能够提供复杂光谱特性而层数显著减少的简化MOE。还需要在例如石油勘探和开采钻井中所遭遇的严酷环境下妥善运转的MOE。

发明内容

一种根据本文公开的实施例的光学元件的制造方法可以包括：选择灯光谱和带通滤波光谱；获得光谱特性向量，以量化样本中的组分的浓度；以及从灯光谱、带通滤波光谱以及光谱特性向量获得目标光谱。该方法还可以包括：将待形成在光学元件的基板上的层数选择为小于最大层数；以及使用该多个层的每一个的折射率和厚度执行优化历程(routine)，直到模型光谱与目标光谱之间的误差小于公差值，或者直到超过迭代(iteration)的次数。此外，一些实施例可以包括：如果该误差小于公差，则减少层数；以及如果超过迭代的次数，则停止该进程以改变公差值。

根据本文公开的一些实施例，一种使用用于基于光学的化学计量学(chemometrics)应用的光学元件的装置可以包括：光学元件，具有形成在基板上的多个薄膜层，其中，薄膜层的数量小于最大层数，该最大数是根据第一公差选择的。另外，在一些实施例中，通过包括以下步骤的优化历程来获得薄膜层的数量：如果模型光谱与目标光谱之间的误差小于第二公差则减少层数。

下文将参考下面的附图进一步详细描述这些和其它实施例。

附图说明

图1示出使用根据一些实施例的多元光学元件(MOE)的装置。

图2示出使用根据一些实施例的方法制造的MOE的层。

图3示出利用使用根据一些实施例的方法制造的MOE获得的光谱的示意图。

图4示出用于使用根据一些实施例的方法制造的MOE的目标透射光谱和中间模型透射光谱。

图5示出根据一些实施例的MOE的制造方法。

可能的话，所有附图将使用相同的附图标记来表示相同或类似的元件。

具体实施方式

相对于整个光学计算系统的光学元件构建的考虑提供简化设计，无论是串联或是时间多路复用。例如，如果恰当地选择计算系统的其它互补元件，则可以简化光学元件的构建。光学计算系统中的吸收元件、全息元件、光纤或多个MOE可以被用来简化光学元件的每一个的设计。

化学计量学中MOE的领域近来已迅速扩张，尤其在医学应用领域和制药工业。本文公开的实施例包括可以用于井下环境的石油勘探和开采的MOE的制造方法。

图1示出使用利用根据一些实施例的方法制造的MOE 150的装置100。装置100的工作原理不依赖于MOE 150的特定性能。除了MOE 150以外，例如图1中示出的装置还在以下文件中得到了描述：SPIE(国际光学工程学会)会刊第4574卷(2002)由Myrick、Soyemi、Schiza、Parr、Haibach、Greer，Li和Priore所著的“Application of multivariate optical computing to simple near-infrared point measurements(简单近红外点测量的多元光学计算的应用)”。