[实用新型]一种光谱仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光谱测量装置，尤其涉及一种具有高分辨率和宽测量范围的，便携式、可实时探测的光谱仪，属于光学测量技术领域。

背景技术

光谱仪是一种重要的光学仪器。它是将光学方法与现代电子数据处理系统相结合，通过获取所研究物质的光谱信息来精确分析物质的结构、成分和含量的基本设备。随着光谱仪的发展，它的应用范围越来越广，并涵盖了多个领域，如天文观测、航空航天、生物医药、石油化工、现代农业、冶金、地质勘探、生态环境及国防军事等。由于其重要的应用价值，光谱仪已越来越受到人们的关注，它已成为现代科学仪器的重要组成部分。

然而，随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，在许多领域对光谱仪又提出了更高的要求。特别是在星载分析、地质矿产勘探、航天遥感遥测、环境监测、微流控领域等众多研究、应用领域，在测量频段宽、分辨率高、抗振动干扰能力强、性能稳定可靠的情况下，需要一种微型化、集成化、智能化的光谱仪。它的功耗小、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。而目前所广泛使用的光谱仪不仅分辨率不够高，测量频带不够宽，而且普遍存在体积大、价格昂贵、安装调试困难、使用条件苛刻等不足。如傅里叶变换光谱仪不仅体积较大，而且对振动敏感，其分辨率受动镜的移动范围的影响。光栅衍射型光谱仪所用光栅体积虽然相对较小，但该种光谱仪分辨率不高，而且价格不菲[Yang Jae-chang,et al.Micro-electro-mechanical-systems-based infrared spectrometer composed of multi-slit grating and bolometer array,Jap.J.of Appl.Phys.47(8),6943-6948(2008)]。

中华人民共和国国家知识产权局于2012年9月26日授权了申请号为200910264251.X的专利文献，名称是“相位调制台阶阵列微型光谱仪”，其核心部件是构建在CCD或CMOS之上的二维台阶阵列。于2012年7月11日公开了公开号为CN102564586A的专利文献，名称是“衍射孔阵列结构微型光谱仪及其高分辨率光谱复原方法”，其核心部件是构建在CCD或CMOS之上的二维衍射孔阵列。由于不同波长的光通过台阶或者衍射孔后，能在CCD或CMOS的像素元上产生不同的干涉或衍射光强。因此可以通过测量不同大小台阶或衍射孔下一系列像素元的光功率，就可以利用求解大型线性方程组的方法复原光谱。与传统的光栅光谱仪或傅里叶变换光谱仪相比，其体积小、频率分辨率高、光谱测量范围宽，可以实现静态实时测量。但不管是台阶结构的还是衍射孔结构的光谱仪，其制作成本较高，制作过程复杂，需要用到昂贵的设备，比如离子刻蚀系统或光刻设备等。因此，需要寻求成本较低、制作过程简单的阵列结构微型光谱仪制作方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：在保持现有阵列结构微型光谱仪性能的前提下，克服背景技术中所述阵列结构微型光谱仪所存在的制作成本较高、制作过程复杂的问题，提供一种制作更简单、成本更低廉的光谱仪。

本实用新型的光谱仪，包括沿光路入射方向依次设置的光学准直装置、分光器件、阵列式探测芯片，以及与所述阵列式探测芯片连接的数据采集与分析系统，所述分光器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层透明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状不均匀分布的气泡。所述透明涂层优选为聚合物。

作为本实用新型的一个优选方案，所述分光器件按照以下方法制备：将惰性气体通入到聚合物熔体中生成惰性气体气泡，并通过超声波将惰性气体气泡进行细化；待聚合物熔体中气泡含量和分布趋近于稳定后，将聚合物熔体涂覆在透明基底上，降温形成聚合物涂层。

作为本实用新型的又一优选方案，所述分光器件按照以下方法制备：将聚合物溶于有机溶剂中，形成聚合物溶液；搅拌所属聚合物溶液使之产生气泡后，将聚合物溶液涂覆在透明基底表面；然后，通过加热除去有机物溶剂，形成聚合物涂层。

优选地，所述光学准直装置包括两个共焦的透镜，以及设置于所述两个透镜的共同焦点处的小孔光阑。

本实用新型在现有阵列结构微型光谱仪的基础上，利用带有透明气泡的透明涂层取代制作工艺复杂的台阶结构或衍射孔结构。相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、制作工艺简单，成本较低。以前的微型光谱仪在基底上制作台阶或衍射孔需要用到离子刻蚀或光刻等方法，这些方法需要昂贵的设备，而且工艺复杂，需要精确控制台阶或衍射孔的大小，并使得台阶或衍射孔的位置与像素元的位置一一对应。