制造集成计算元件的方法及包含集成计算元件的光学计算系统技术方案

本发明专利技术公开加工用于在光学计算装置中使用的集成计算元件的方法。一种方法包括：提供具有至少第一表面和与所述第一表面基本上相对的第二表面的基底；通过薄膜沉积过程使多个光学薄膜沉积在所述基底的所述第一表面和所述第二表面上，并从而产生多层膜堆叠装置；使所述基底分裂以便产生至少两个光学薄膜堆叠；以及将所述至少两个光学薄膜堆叠中的一个或多个固定到次级光学元件用于作为集成计算元件(ICE)使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本公开涉及一种光学处理元件，并且具体地，涉及制造或加工用于在光学计算装置中使用的集成计算元件的方法。通常也被称为“光分析装置”的光学计算装置可用于实时分析和监测样本物质。此类光学计算装置将通常采用发射电磁辐射的光源，所述电磁辐射从样本反射或透射通过样本并且与光学处理元件光学相互作用，以便确定所分析物质的一种或多种物理性质或化学性质的定量值和/或定性值。光学处理元件可以是例如集成计算元件(ICE)。一种类型的ICE是光学薄膜干涉装置，其又称为多变量光学元件(MOE)。每个ICE可被设计以便在从UV到中红外(MIR)范围的电磁光谱或该区域的任何子集中的连续波长上操作。与样本物质光学相互作用的电磁辐由ICE改变和处理以便被检测器测量。检测器的输出可以与所分析物质的物理性质或化学性质相关。ICE(在下文中“ICE核心”)通常包括由各种材料组成的多个光学薄膜层，所述多个光学薄膜层的折射率和尺寸(例如，厚度)可以在每个层之间变化。ICE核心设计是指基底、相应层的数目和厚度、以及ICE核心的每一层的折射率。层可被策略地沉积和设置尺寸，以便选择性地通过预先确定比率的处于不同波长的电磁辐射，所述电磁辐射被配置来基本上模拟对应于感兴趣物质的感兴趣的特定物理性质或化学性质的回归矢量。因此，ICE核心设计将表现出相对于波长加权的透射函数。因此，从ICE核心传送到检测器的输出光强可以与物质的感兴趣的物理性质或化学性质相关。附图简述以下附图用于说明本专利技术的特定方面，并且不应视作排它性实施方案。本公开的主题能够以不偏离本公开的范围的形式和功能进行相当多的修改、改变、结合和等效物。图1示出根据一个或多个实施方案的示例性集成计算元件。图2示出根据一个或多个实施方案的制造光学处理元件的示例性方法的示意性流程图。图3示出根据一个或多个实施方案的使用原子层沉积产生的示例性多层膜堆叠装置的横截面侧视图。图4A示出根据一个或多个实施方案的图3的多层膜堆叠装置的俯视图。图4B示出根据一个或多个实施方案的从图3的多层膜堆叠装置切除或另外切割的光学薄膜单元的横截面侧视图。图5示出根据一个或多个实施方案的制造光学处理元件的另一个示例性方法的示意性流程图。图6示出根据一个或多个实施方案的用于监测样本物质的示例性光学计算装置。图7示出根据一个或多个实施方案的采用用于监测井下物质的一个或多个光学计算装置的示例性井筒钻井总成。详述本公开涉及一种光学处理元件，并且具体地，涉及制造或加工用于在光学计算装置中使用的集成计算元件的方法。本公开描述制造诸如集成计算元件(“ICE核心”)的光学处理元件的改进方法。在一些实施方案中，相结合来组成ICE核心的若干薄膜层在原子层沉积(ALD)过程期间沉积在基底的相对侧面上。所得的多层膜堆叠装置在下面基底的每个平坦侧面上展现镜像薄膜层。基底随后可通过进行平面切割或分离而分裂成两半，从而呈现出支撑在剩余基底的至少一部分上的镜像ICE核心。随后可将基底从薄膜层化学或机械地移除，并且薄膜层随后可覆盖在表面上，否则所述表面将不能在薄膜加工过程中保存下来，或另外可能不便于使用ALD技术来涂覆。因此，所公开的实施方案可证明在以下方面是有利的：使ALD过程期间加工ICE核心的生产率加倍，以及使用所得的ICE核心作为可选择性地布置在目标表面上的一种类型的贴花。本公开还描述在基底的一个侧面上构造ICE核心的若干薄膜层，所述基底在薄膜沉积室内以其相对侧面支撑在支撑结构上。在适当加工ICE核心之后，可随后将基底从薄膜层化学或机械地移除，并且薄膜层随后可作为一种类型的贴花附接到目标表面，所述目标表面否则将不能在薄膜制造过程中保存下来。本文所公开的方法可适于加工用于在石油和天然气行业中使用的光学处理元件(例如，ICE核心)，诸如用于监测和检测石油/天然气相关物质(例如，烃类、钻井液、完井液、处理液等)。然而，应当理解，本文所述的方法同样适于加工用于在其他
中使用的ICE核心，所述其他
包括但不限于：食品行业、涂料行业、采矿行业、农业行业、医疗行业和制药行业、自动化行业、化妆品行业、水处理设施和可能期望它实时监测物质的任何其他领域。如本文所用的，术语“特征”或“感兴趣特征”是指物质或物质样本的化学性质、机械性质或物理性质。物质的特征可包括在其中存在的一种或多种化学成分或化合物的定量或定性值或与其相关联的任何物理性质。此类化学成分和化合物在本文中可被称为“分析物”。物质的可在本文所述的光学处理元件帮助下分析的例示性特征可包括例如：化学组成(例如，总组分或单独组分的身份和浓度)、相存在(例如，天然气、石油、水等)、杂质含量、pH、碱度、黏度、密度、离子强度、总溶解固体、盐含量(例如，盐度)、多孔性、不透明度、细菌含量、总硬度、透射率、物质状态(固体、液体、气体、乳剂、其混合物等)等。如本文所用，术语“物质”或其变型是指在本文所述的光学处理元件的帮助下待测试或另外待评估的感兴趣的物质或材料的至少一部分。物质可以是能够流动的任何流体，包括微粒固体、液体、气体(例如，空气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、甲烷、乙烷、丁烷和其他烃气体、硫化氢、以及其组合)、泥浆、乳剂、粉末、泥、玻璃、混合物、其组合，并且可包括但不限于含水流体(例如，水、卤水等)、非含水流体(例如，有机化合物、烃类、油、油的精炼组分、石化产品等)、酸、表面活性剂、杀虫剂、漂白剂、腐蚀抑制剂、起泡剂和发泡剂、破乳剂、清除剂、稳定剂、澄清剂、清洁剂、处理流体、压裂流体、地层流体、或通常在石油和天然气工业中发现的任何油田流体、化学品或物质。物质也可以是指固体材料，诸如但不限于，岩层、混凝土、固体井筒表面、管道或流线和任何井筒工具或抛射体(例如，球、飞镖、塞等)的固体表面。如本文所用的，术语“电磁辐射”是指无线电波、微波辐射、太赫兹、红外和近红外辐射、可见光、紫外光、X射线辐射和伽马射线辐射。如本文所用的，术语“光学相互作用”或其变型是指电磁辐射在光学处理元件(例如，集成计算元件)或借助光学处理元件来分析的物质上、通过其或从其的反射、透射、散射、衍射或吸收。因此，光学相互作用光是指例如已经使用光学处理元件反射、透射、散射、衍射或吸收、发射或再辐射的电磁辐射，但也可应用于与物质的光学相互作用。如本文所用，术语“光学计算装置”是指光学装置，其被配置来接收与物质相关联的电磁辐射输入，并且从布置在光学计算装置内或另外与其相关联的光学处理元件产生电磁辐射输出。光学处理元件可以是例如集成计算元件(ICE)。与光学处理元件光学相互作用的电磁辐射发生改变以便可由检测器读取，以使得检测器输出可与所分析物质的特定特征相关。来自光学处理元件的电磁辐射输出可以是反射、透射和/或分散的电磁辐射。检测器分析反射的、透射的还是分散的电磁辐射可由光学计算装置的结构参数以及本领域的技术人员已知的其他考虑支配。此外，流体例如通过荧光、冷光、拉曼、米氏散射和/或瑞利散射的发射和/或散射也可由光学计算装置监测。如以上指出的，本公开提供制造或加工用于在光学计算装置中使用的诸如集成计算元件(ICE核心)的光学处理元件的改进方法。在操作中，ICE核心能够辨别与物质的感兴趣特征相关的电磁辐射和与物质的其他组分相关的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：提供具有至少第一表面和与所述第一表面基本上相对的第二表面的基底；通过薄膜沉积过程使多个光学薄膜沉积在所述基底的所述第一表面和所述第二表面上，并从而产生多层膜堆叠装置；使所述基底分裂以便产生至少两个光学薄膜堆叠；以及将所述至少两个光学薄膜堆叠中的一个或多个固定到次级光学元件用于作为集成计算元件(ICE)使用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包括：提供具有至少第一表面和与所述第一表面基本上相对的第二表面的基底；通过薄膜沉积过程使多个光学薄膜沉积在所述基底的所述第一表面和所述第二表面上，并从而产生多层膜堆叠装置；使所述基底分裂以便产生至少两个光学薄膜堆叠；以及将所述至少两个光学薄膜堆叠中的一个或多个固定到次级光学元件用于作为集成计算元件(ICE)使用。2.如权利要求1所述的方法，其中所述基底是平面的。3.如权利要求2所述的方法，其中所述基底是云母、热解炭、石墨和石墨烯中的至少一种。4.如权利要求1所述的方法，其中在使所述多个光学薄膜沉积在所述基底上之前，准备所述基底的所述第一表面和所述第二表面。5.如权利要求4所述的方法，其中准备所述基底的所述第一表面和所述第二表面包括化学或机械地减少所述基底的厚度。6.如权利要求4所述的方法，其中准备所述基底的所述第一表面和所述第二表面包括化学处理所述第一表面和所述第二表面中的至少一个，以使得它变得更易接受所述薄膜沉积过程。7.如权利要求1所述的方法，其中所述薄膜沉积过程是原子层沉积(ALD)过程，并且其中使所述多个光学薄膜沉积在所述基底的所述第一表面和所述第二表面上包括：将所述基底悬置在ALD反应室内；以及使所述多个光学薄膜层在所述基底的所述第一表面和所述第二表面上依序生长。8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个光学薄膜层的第一光学薄膜层由金属氧化物制成。9.如权利要求8所述的方法，其还包括使所述第一光学薄膜层沉积到大于邻近光学薄膜层的厚度。10.如权利要求1所述的方法，其中在使所述基底分裂之前，将所述多层膜堆叠装置再分成多个光学薄膜单元。11.如权利要求1所述的方法，其中在将所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个固定到所述次级光学元件之前，将所述基底从所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个移除。12.如权利要求11所述的方法，其还包括通过使所述基底经受低温氧化、燃烧所述基底以及将所述基底溶解在溶剂浴中的至少一种，将所述基底从所述至少两个光学薄膜堆叠的所述一个或多个化学移除。13.如权利要求1所述的方法，其中将所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个固定到所述次级光学元件包括以下中的至少一种：使用粘合剂；烧结所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个的边缘；以及使所述次级光学元件的目标表面融化。14.如权利要求1所述的方法，其中将所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个固定到所述次级光学元件包括：使所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个的所述基底发生化学反应；以及使所述次级光学元件的目标表面融化以便将所述至少两个光学薄膜堆叠中的所述一个或多个粘接到所述次级光学元件。15.一种方法，其包括：提供基底；通过薄膜沉积过程使多个光学薄膜沉积在所述基底的表面上，并从而产生光学薄膜堆叠；将所述基底的至少一部分从所述光学薄膜堆叠移除；...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·L·珀金斯，M·T·佩尔蒂埃，J·M·普赖斯，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US