[发明专利]中红外空心光纤ATR耦合探头

说明书

技术领域

本发明属于一种在体检测生物组织和灵活监测化学反应的红外光谱测量方法及其专用装置，属于生物医学光子学、分子光谱测定及装置技术领域。

背景技术

衰减全反射(attenuated total reflection)技术是光谱测试中新的应用较广泛的红外光谱测量技术。衰减全反射技术具有制样与清洗简单，无需预处理，不破坏样品，可测定少量含水和小颗粒样品，可消除光散射等因素影响，所测得的红外光谱质量高，不存在干涉条纹，特征谱带清晰不变形等优点(化学计量学方法与分子光谱分析技术，褚小立，化学工业出版社，第一版，196-203,208-210)。随着傅里叶红外光谱仪的发展和广泛应用，这种技术已经成为经常使用的红外样品测试的重要手段，被广泛应用于医药、生物医学、石化、材料、农林业、环境等多领域的定量和定性分析。

ATR附件由光导入部件、ATR晶体、光导出部件等几个部件组成。现有的ATR测量附件缺少灵活的光导入、导出部件，常用在中红外范围的(卤化银)多晶光纤和硫化玻璃光纤都有一定的测量缺陷：硫化玻璃光纤对中红外光谱传输范围较窄并含有毒性；卤化银多晶光纤则因其材料的感光特性而具有较差的化学稳定性。并且，ATR晶体探头几何尺寸较大，很难达到我们要求的活体检测甚至在线和实时测量的要求，而在目前生物医学领域中采用红外波导传感器技术通过插入活检针或导管的方法进行在线和实时测量，以实现可视信息和红外光谱数据结合在一起用于微创医学(内窥镜)和开放手术，进而获得更丰富的组织信息的理念和技术恰是21世纪两种极具吸引力的理念和手术技术(一种高光通量红外ATR探头，CN 104062009A；一种检测生物体组织红外光谱的方法和装置，CN 1397794A；U Bindig,G Muller,Fibre-optic laser-assisted infrared tumour diagnostics(FLAIR).J Phys D:Appl Phys 2005；38,2716–2731)。

空心光纤具有无毒性和高的柔韧性及化学稳定性，若在其内壁镀上金属膜，则光在其中传播和反射时损耗较低且传输速率较高(C.Huang,S.Kino,T.Katagiri,et al,Remote Fourier transform-infrared spectralimaging system with hollow-optical fiber bundle.Appl Opt 2012；51,6913-6916)。ATR晶体探头可以极大地提高光谱成像的空间分辨率且能够有效地消除信息采集时的各类光散射和镜面反射等光学假象以及水分对红外光谱的影响。因此，通过采用空心光纤和晶体探头耦合的方法来进行衰减全反射测量可以很好的实现活体或在线实时检测的要求，在生物医学领域将极具应用前景。

发明内容

本发明提供了一种操作灵活、方便，适于在体检测或活体检测的中红外空心光纤ATR耦合探头，扩大ATR光谱测量技术在生物医学工程领域中的应用范围。

本发明所采用的技术方案是：一种中红外ATR光纤耦合探头，其特征在于：

包括ATR晶体探头、入射光纤、出射光纤、手柄套、双光纤保护层、单光纤保护层、连接套、入射光纤跳线、出射光纤跳线；

所述ATR晶体探头由ZnSe晶体材料制成，外形为削去锥尖的截头圆锥柱，即后段为圆柱，前段为截头圆锥；梯形的底部锥角为45-71°，上锥面直径为0.5-1mm；

所述入射光纤和出射光纤前段并在一起并通过所述双光纤保护层包裹；所述入射光纤和出射光纤前端与ATR晶体探头耦合；

所述入射光纤和出射光纤后段分开并分别用单光纤保护层包裹；所述入射光纤和出射光纤末端分别连接入射光纤跳线、出射光纤跳线；

所述连接套包裹在所述入射光纤和出射光纤分开处，且连接套一直搭接到双光纤保护层和单光纤保护层上；

所述手柄套安装在入射光纤和出射光纤前段且包裹住ATR晶体探头的后段；

所述ATR晶体探头的下锥面直径为2O～2.1O，O为入射、出射光纤的直径，单位为毫米；

所述入射光纤、出射光纤为中红外空心光纤，波长范围为2.9μm—10.6μm。

作为优选，所述的ATR晶体探头为ZnSe晶体，底部锥角为70°，上锥面与下锥面直径分别为0.75mm、2.5mm。