[发明专利]带楔形波导层导模共振滤波片的微型光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型偏振光谱仪器，特别涉及一种带楔形波导层导模共振滤波片的微型光谱仪。

背景技术

光谱仪是光谱测量系统中的核心部件，光谱仪器是应用光学、电子及计算机技术对物质的成分及结构等进行分析和测量的基本设备，广泛应用于环境监测、工业控制、化学分析、食品检测、材料分析、航空航天遥感及科学教育等领域。由于传统的光谱仪存在着结构复杂、使用环境受限、不便携带及价格昂贵等缺点，不能满足现场检测和实时监控的需求。因此，微型光谱仪成为光谱仪器发展的一个重要的研究方向。近年来，由于光纤技术、光栅技术及阵列式探测器技术的发展和成熟，使得光谱检测系统形成了光源、采样单元及摄谱单元相分离的结构形式，整个系统结构更具模块化，使用更加方便灵活，从而使微型光谱仪成为现场检测和实时监控的首选仪器。目前，市场上用的比较多的有微型拉曼光谱仪、荧光光谱仪、带有实时温度补偿功能的微型光谱仪等，比较创新的有基于胶体量子点纳米材料的光谱仪。

发明内容

本发明是针对传统的光谱仪存在着结构复杂、使用环境受限、不便携带及价格昂贵的问题，提出了一种带楔形波导层导模共振滤波片的微型光谱仪，以楔形波导层导模共振滤波片作为分光器件,结合光源、偏振片、半透半反镜和面阵探测器构成的微型偏振光谱仪。利用共振峰位置随波导层厚度的线性变化而变化，入射的一束复色光经过偏振片再经过滤波片，将产生分光的现象，从而能够获取一定波段的谱面。

本发明的技术方案为：一种楔形波导层导模共振滤波片微型光谱仪，包括复色光源、准直扩束系统、偏振片、半透半反镜、楔形波导层导模共振滤波片、面阵探测器，复色光源出射光经过准直扩束系统后输出平行光，再经过偏振片输出偏振光，偏振光投射到45度倾斜角的半透半反镜上，反射光垂直打在楔形波导层导模共振滤波片上，经过楔形波导层导模共振滤波片反射回来的光再次经过半透半反镜透射出去，由面阵探测器接收被楔形波导层导模共振滤波片反射的波段范围内的连续光谱面信息，实现线偏振态下的光谱分析。

所述楔形波导层导模共振滤波片选择波导层厚度为180nm-300nm连续变化的Ta2O5波导层，光栅层选择刻线密度为990line/mm的光栅。

本发明的有益效果在于：本发明带楔形波导层导模共振滤波片的微型光谱仪，结构简单，价格低廉，能够做到很小的结构，方面携带。

附图说明

图1为本发明带楔形波导层导模共振滤波片的微型光谱仪结构示意图；

图2为本发明在楔形波导层变化范围为180-300nm导模共振滤波片微型偏振光谱仪的谱线模拟仿真图。

具体实施方式

如图1所示楔形波导层导模共振滤波片微型光谱仪结构示意图，光谱仪包括复色光源1、准直扩束系统2、偏振片3、半透半反镜4、楔形波导层导模共振滤波片5、面阵探测器6。

采用离子束刻蚀技术以及曝光显影技术来制作楔形波导层导模共振滤波片5，主要原理是利用楔形波导层导模共振滤波片的导模共振机理，在用复色光源垂直入射条件下，其反射光是一连续光谱面，从而获得一定波段内的光谱信息，实现光谱分析。楔形波导层导模共振滤波片5选择波导层厚度为180nm-300nm连续变化的Ta2O5波导层，光栅层选择刻线密度为990line/mm的光栅，通过对该结构软件的计算仿真，发现随着波导层厚度的线性变化，连续光谱的反射峰存在峰值漂移的现像，如图2所示在楔形波导层变化范围为180-300nm导模共振滤波片微型偏振光谱仪的谱线模拟仿真图（图中横坐标和纵坐标分别是共振峰的波长和反射效率）。本专利的微型光谱仪不同于一般的光谱仪系统，由复色光源1经过准直扩束系统2输出平行光，经过偏振片3输出偏振光，偏振光投射到45度倾斜角的半透半反镜4，经反射后垂直打在楔形波导层导模共振滤波片5上，其反射光为一定波段范围内的连续光谱面，楔形波导层导模共振滤波片5反射回来的光再经过半透半反镜4透射出去，由面阵探测器6接收谱面信息，实现线偏振态下的光谱分析。本专利涉及的光谱仪具有微型化的特点，结构简单、体积小、价格低廉，可实现连续光谱信息的采集。同时，满足某些物质分析对偏振态下的需求，实现物质的精准分析。