光多路分用系统技术方案

本发明专利技术论述多路分解系统和方法，其可以是小型化的并且精确的，无需移动部件。在一些情况中，多路分解实施例可以包括滤光片腔体，所述滤光片腔体包括滤光片挡板和支撑挡板，可以配置这些挡板以最小化杂散光信号检测和串扰。多路分解组合件实施例中的一些还可以被配置用于有效地检测U.V.光信号并且至少部分地补偿随光信号波长而变的检测器响应度的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光多路分用系统相关申请本专利申请要求2010年7月1日提交的名称为“基于小型化宽谱线性阵列的光多路分用系统(MiniaturizedBroadSpectrumLinearArrayBasedOpticalDemultiplexingSystem)”的美国临时专利申请第61/360,560号的权益，专利技术人为JamieKnapp，代理人卷号为NPT-0337-PV，所述专利申请的全部内容通过引用结合在此。
本专利技术涉及光多路分用系统及方法。
技术介绍
滤光片用在各种应用中。例如，这些装置一般用在众多仪器应用中，包括生物医学临床化学分析器、色彩分选仪、原子光谱吸收仪等。通常，在用于这些类型应用的仪器中，滤光片可以邻近光检测器定位，并用来缩小入射在光检测器上的光信号的光谱范围或带宽。示范性光检测器包括光伏式传感器、光电导传感器、光电倍增器等。在一些情况中，可以使用多个滤光片顺序地将宽谱光信号分割为小的窄波长光信号。图1展示了一种光学系统1，所述光学系统包括被配置用于支撑多个滤光片5的滤光片轮3。示范性滤光片5可以包括带通滤光片，其中滤光片轮3支撑的每个独立的滤光片5可以被配置用于传输预定的波长范围或光带。滤光片轮3被配置用于围绕其轴线7旋转，从而允许选择性地定位设置在轮上的每个滤光片。可以选择性地确定滤光片轮的位置以便将所需的滤光片置于一个位置，在所述位置上滤光片被配置用于使窄谱范围的光通过它传输至光检测器9。因此，可以顺序地将宽谱光信号11重新配置为对应于滤光片5中的每一者的多个窄光谱信号13。尽管已经证明这些基于滤光片轮的光谱分析装置配置是有帮助的，但也已发现了很多缺点。例如，利用图1中所示的基于滤光片轮的系统的测量过程似乎是一种费力的、耗时的过程，因为需要机械地旋转滤光片轮3。另外，这种基于滤光片轮的系统实际上趋于大型装置，机电复杂度高，寿命有限，并且购买和维护成本昂贵。各种其它光多路分用配置也已经开发出来。如图2所示，一些多路分用系统19将入射光21导向平面分色光束分离器23A，所述分离器将此光分为两个光谱信号。反射的光谱信号通过滤光片25进行引导并最终到达传感器27。透射的光谱信号通过分色光束分离器23A传输至后续的分色光束分离器23B，分色光束分离器23B同样地重复入射光的光谱分离，即将信号的一部分引导向检测器，同时将入射光的一部分传输至后续的分色光束分离器。可以将各种分色光束分离器23配置用于反射入射信号的较小光谱部分。每个分色光束分离器23/带通滤光片25对可称为“通道”。每个通道可具有专用的传感器27，其可以包括光电二极管、光电倍增管(PMT)等，这种装置用于分析具有小波长或光谱带(由分色光束分离器23和带通滤光片25来确定)的入射光。对于所示的实施例，整个单元可以包含在壳体29中。在此实例中，装置包括6个波长通道，但通道的数量可以依据仪器的具体应用而定。尽管这些系统提供了一些优于以上所述滤光片轮系统的优点，但也发现了很多缺点。例如，分色光束分离器23/带通滤光片25对的邻近通道之间的光串扰就是一个问题。这种现象会大大降低装置的精度并且还会引入测量误差。为了减少或最小化这种有害效应，这些实施例的通道实际上常常彼此相互远离。不幸地是，这种物理间隔以及用于这种类型的实施例的大型专用光电传感器的普遍使用(常常使用典型的0.5英寸直径的硅光电二极管)导致装置配置较大(长度上通常是6英寸到18英寸)、笨重并且昂贵。另外，由于入射光的发散/会聚，这些装置的较长长度会降低光在每个传感器27上的成像精度。这种装置的小幅振动也会影响此成像精度。结果会是性能低下，包括不稳定的信号漂移、某些情况下过多的噪声和串扰。相比于基于光滤光片-滤光片系统，已经开发出了很多使用光栅代替滤光片的多路分用配置。这些系统利用从衍射光栅反射至小光电二极管或紧凑型线性二极管阵列的光。尽管基于光栅的系统提供了一些优于基于滤光片的系统的优点，但也发现了很多缺点。例如，对于基于光栅的配置，成本是主要的缺点。在大部分应用中，昂贵的高质量光栅常常工作良好，然而，对于需要最低可能成本和简单性的应用而言，廉价光栅的质量有限。在这种情况中，光栅到光栅的可重复性可能效果不佳，并且信噪比和光密度(OD)可能不太理想。例如，一些单光栅多路分用系统可能被限制到大约2.5OD。其它缺点可包括对光学准直的高敏感性、机械复杂性以及对操作温度的高敏感性。就波长范围为330nm至1200nm的光学检测而言，带通滤光片通常利用成本效益高的分层结构制造，这种分层结构由吸收性的彩色玻璃或染料组成，还包括透明玻璃，在透明玻璃上沉积了各种多层光干涉涂层。这种类型的标准10mm直径滤光片具有良好的光学性能(通常>70％的透射率)并且成本大约为$15每只。对于一些生物医学以及测量/控制应用而言，需要在更短的紫外线(UV)波段中进行光学检测，例如在具有大约230nm到大约320nm的波长的光波段中。在这种UV光波长范围中，由于分层环氧树脂产生的光吸收和在此波长范围内缺乏彩色玻璃和染料，这些标准的低成本分层滤光片可能是不适合的。相反，用在紫外光谱中的这类滤光片通常利用气隙金属-电介质-金属(MDM)型设计来制造。这类MDM滤光片一般不受光学吸收环氧树脂的限制，因此当受到紫外光照射时提供比基于环氧树脂的设计更好的寿命和性能。图3展示了紫外线MDM型光学带通滤光片实施例的横截面。如图所示，MDM型装置33包括支撑熔凝石英衬底37的壳体35。光学涂层39(通常包括冰晶石和铝的交错层)可以应用于衬底37，并可以用于定义滤光片的通带(例如，中心波长在大约200nm至大约320nm的紫外光波长范围内并且半带宽为标称8nm到大约12nm)。光学涂层39还可以用于在通常4OD等级上过滤至少大约1200nm的所有带外光。气密密封件41可用于保护环境敏感的光学涂层39，因为光学涂层39通常是水溶性的。在使用过程中，气密密封件41的故障一般会导致光学涂层39的快速退化并最终导致MDM滤光片装置33的现场故障。这种类型滤光片的缺点中的一些是它们通常较大(典型地，直径不小于0.5英寸)、更厚(标称值大约5mm)，并且它们还比较昂贵(在一些情况中每个大约$200每个)。图4的示图展示了典型滤光片/检测器实施例在大约200nm至大约320nm的前述紫外光波长范围内的净滤光片/检测器响应度，以安培数每瓦特(A/W)为单位。出于说明的目的，图4示出了当与标准硅(Si)光电二极管光检测器配合使用时的270nmMDM滤光片的性能。在此波长范围内，典型的UV增强型硅光电二极管可具有大约0.08A/W的响应度。如图4所示，这种滤光片/检测器组合实施例的净响应度大约为0.01A/W。如以上讨论的，现有的多通道光分析器是有益的，但也存在各种缺点。需要一些光多路分用系统，它们可以小型化，可以以合适的价格制造，能够保持光学精度和可靠性或这些性能的任意组合。
技术实现思路
一种光多路分用装置的一些实施例可以包括至少一个光检测器元件阵列(而不是分立式传感器)和一个多路分用组合件。所述多路分用组合件可以光学连接至所述阵列并且包括多个光通道，每个光通道由至少一个带通反光片和至少一个滤光片形成。每个带通反光片可以大体上沿着所述多路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.01 US 61/360,5601.一种光多路分用装置，其包括：光检测器元件的至少一个连续的线性阵列；以及光学连接至所述光检测器元件的阵列的多路分用组合件，所述多路分用组合件包括多个光通道，每个光通道由至少一个带通反光片和至少一个滤光片形成，每个带通反光片大体上沿着所述多路分用组合件的输入信号轴线设置并且每个光通道被配置用于将所选波长范围内的光信号传输至所述光检测器元件阵列的作用部分，所述作用部分经由一个或多个接地的光检测器元件而与邻近光通道的光检测器元件的邻近作用部分电隔离；其中每个接连光通道的所述带通反光片相对于所述光多路分用装置的输入轴线横向偏移，以便当输入信号穿过每个接连带通反光片时调节所述输入信号的横向移位。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光检测器元件阵列的所述作用部分包括单一光检测器元件。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光检测器元件阵列的所述作用部分包括多个光检测器元件。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述多路分用组合件总长度小于3英寸。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述多路分用组合件总长度小于2英寸。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光检测器元件阵列包括10个光检测器元件到100个光检测器元件。7.根据权利要求1所述的装置，其中每个带通反光片与一个或多个邻近带通反光片分隔小于4mm的距离。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述阵列的每个作用部分与所述阵列的一个或多个邻近作用部分分隔小于1mm的距离。9.一种光多路分用装置，其包括：光检测器元件的至少一个连续的线性阵列；以及光学连接至所述光检测器元件阵列的多路分用组合件，所述多路分用组合件包括：多个光通道，每个光通道由至少一个带通反光片和设置在挡板组合件的滤光片腔体中的至少一个带通滤光片形成，每个所述滤光片腔体至少部分地由设置在所述带通滤光片的输出表面上的支撑挡板限界并且包括输出孔口和设置在所述滤光片腔体与邻近光通道之间的滤光片挡板；其中每个接连光通道的所述带通反光片相对于所述光多路分用装置的输入轴线横向偏移，以便当输入信号穿过每个接连带通反光片时调节所述输入信号的横向移位。10.根据权利要求9所述的装置，其中所述滤光片腔体的所述滤光片挡板的底边缘抵靠所述滤光片腔体的所述支撑挡板的顶表面而设置。11.根据权利要求9所述的装置，其中所述滤光片挡板垂直地延伸越过与所述支撑挡板邻近而设置在所述滤光片腔体内的所述滤光片的顶表面或输入表面。12.根据权利要求9所述的装置，其中所述多路分用组合件总长度小于3英寸。13.根据权利要求9所述的装置，其中所述多路分用组合件总长度小于2英寸。14.根据权利要求9所述的装置，其中邻近于所述多路分用组合件的输入孔口设置的光通道包括所述组合件的最大输出孔口。15.根据权利要求9所述的装置，其中每个光通道的带波长随着距所述多路分用组合件的输入孔口的距离增加而增加，以补偿由于较短波长产生的所述光检测器元件的较低响应度。16.根据权利要求9所述的装置，其中所述支撑挡板在所述滤光片腔体的底部周围形成边缘，在中间具有输出孔口，所述输出孔口与所述光检测器阵列的作用部分邻近设置。17.根据权利要求9所述的装置，进一步包括具有内部体积的壳体，所述内部体积环绕所述带通反光片、滤光片和挡板组合件。18.根据权利要求17所述的装置，其中所述壳体的所述内部体积的内表面包括被配置用于吸收杂散光信号的亚光黑饰面。19.根据权利要求17所述的装置，其中带通反光片完全跨越所述壳体的所述内部体积而横向延伸。20.根据权利要求9所述的装置，其中每个带通反光片与一个或多个邻近带通反光片分隔小于4mm的距离。21.根据权利要求9所述的装置，其中每个光通道对应于由所述阵列的不作用部分分隔的所述阵列的唯一作用部分，并且所述阵列的所述作用部分与所述阵列的一个或多个邻近作用部分分隔小于1mm的距离。22.根据权利要求9所述的装置，其中每个带通反光片以相对于所述装置的所述输入轴线成45度角设置。23.一种光多路分用系统，其包括：第一多路分用模块，其包括UV光检测器阵列，所述UV光检测器阵列被配置用于检测UV光而不是具有大于425nm的波长的光，并且所述第一多路分用模块包括用于所述第一多路分用模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰米·纳普，
申请(专利权)人：新港公司，
类型：
国别省市：