光学滤波器和分光仪制造技术

本公开涉及光学滤波器和分光仪。公开了一种光学组件，其包括彼此以固定的距离堆叠的两个横向可变带通光学滤波器，使得上游滤波器用作下游滤波器的空间滤波器。横向位移可引起当在斜的光束到上游滤波器和下游滤波器上的照射位置处的传输通带不重叠时对斜的光束的抑制。光电检测器阵列可以设置在下游滤波器的下游。光学组件可经由各种光导管或光纤进行耦合以用于对流动的样本的光谱测量。

【技术实现步骤摘要】
背景光学滤波器可以用于传输入射光的光谱带或光谱组分。例如，高通滤波器以比滤波器的边缘波长更长的波长传输光。相反，低通滤波器以比边缘波长更短的波长传输光。带通滤波器以接近于在滤波器的带宽内的滤波器的中心波长的波长传输光。可调带通滤波器是其中心波长可以被调节或调整的光学滤波器。分光仪可以测量入射光的光谱。扫描式分光仪可以使用一个或多个可调带通滤波器来选择入射光的不同的光谱组分。扫描式分光仪通过在测量被传输通过可调带通滤波器的光的光功率水平时扫描可调带通滤波器的中心波长以便获得光谱来进行操作。可选地，多色型分光仪使用光学地耦合到用于平行检测光谱的光电检测器阵列的波长分散的元件。传统的光学滤波器和分光仪笨重，这限制了其在便携式感光设备和器件中的实用性。线性可变滤波器已经被用于分光仪中来提供波长分离功能。参照图1A，传统的线性可变滤波器10可以利用白光进行照射，其包括上部11、中部12和底部13多波长光束。上部11、中部12和底部13多波长光束可以照在线性可变滤波器10上于相应的上部11A、中部12A和底部13A位置。线性可变滤波器10可具有沿着x轴线18线性变化的带通的中心波长。例如，滤波器10可在上部位置11A传输短波峰11B；在中部位置12A传输中波峰12B；以及在底部位置13A传输长波峰13B。参考图1B，传统的分光仪19可包括图1A中的线性可变滤波器10、设置在线性可变滤波器10的上游的锥形光管14和设置在线性可变滤波器10的下游的光电检测器的线性阵列15。在操作中，非平行的入射光16可通过光管14调节以产生部分平行的光束17。线性可变滤波器10可传输不同波长的光，如以上参照图1A所述。锥形光管14可以减小入射光16的立体角，从而改善线性可变滤波器10的光谱选择性。光电检测器的线性阵列15可以检测不同波长的光的光功率水平，从而获得入射光16的光谱(未示出)。锥形光管14通常可以是分光仪19的最大的元件。准直元件，诸如锥形光管14，可能是需要的，因为在没有它的情况下，线性可变滤波器的光谱选择性被丢失。这种情况可能会发生，因为线性可变滤波器10包括薄的介质膜的堆叠。薄膜滤波器的波长选择属性一般取决于入射光的倾斜角度，这可能使薄膜滤波器的光谱选择性和波长准确性劣化。附图简述图1A是关于现有技术的传统的线性可变滤波器的图示；图1B是关于现有技术的包括图1A中的线性可变滤波器的传统光学分光仪的图示；图2A是光学滤波器的图示，其包括相对于彼此分隔开的且固定的一对横向可变带通滤波器；图2B是图2A中的横向可变带通滤波器的中心波长依赖关系的图示；图2C是图2A中的光学滤波器的侧视图的图示，示出了光学滤波器进行空间滤波的原理；图3是图2A中的光学滤波器在侧面剖视图中的图示，示出了光学滤波器的接受角；图4A是包括直光管的耦合了滤波器的光学分光仪组件的顶视图的图示；图4B是图4A中的耦合了滤波器的光学分光仪组件的侧面剖视图的图示；图4C是图4A中的耦合了滤波器的光学分光仪组件的顶视图的图示；图5是图4A和图4B中的光学分光仪组件的侧视图的图示，其中包括了倾斜的中继光管以用于流体或流动的细粒度的材料的传输光谱测量；图6A和图6B分别是装配有具有板腔(slabcavity)的流动比色管的分光仪组件的顶视图和侧面剖视图的图示；图7A和图7B分别是装配有具有圆柱腔(cylindricalcavity)的流动比色管的分光仪组件的顶视图和侧面剖视图的图示；图8A-8D是分段了的横向可变光学滤波器的示意平面视图；图9是包括图8A中的被分段了的第一光学滤波器和第二光学滤波器以及光电检测器阵列的光学组件的示意剖视图；图10A是包括图8B中的分段了的横向可变光学滤波器及2D光电检测器阵列的光学组件的三维视图；图10B是包括图8B中的分段了的横向可变光学滤波器及多个光电检测器阵列的光学组件的示意三维视图的图示；图11是包括圆偏振器的光学滤波器组件的示意侧视图；图12A是包括用于多光谱成像的光学目标的光学组件的侧面剖视图的图示；图12B是覆盖到图12A中的光学组件的二维检测器阵列上的目标的图像的平面视图的图示；以及图13、图14和图15是所公开的光学分光仪组件的各种实施例的制造方法的流程图。详细描述以下详细描述参照了所附的附图。在不同的附图中的相同的数字可以标识相同的或相似的元素。图2A和图2B是用于根据以下描述的示例实施例对光进行光谱滤波的光学组件20(图2A)的图示。例如，光学组件20可以包括在信号光23的光路22上以距离L分隔开的顺序地设置的第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B。第二横向可变带通光学滤波器21B可以在光路22中相对于第一横向可变带通光学滤波器21A固定在第一横向可变带通光学滤波器21A的下游。换句话说，第二横向可变带通光学滤波器21B可以设置成且固定成使得其不可以相对于第一横向可变带通光学滤波器21A进行横向移动。如在图2B中所示，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B中的每个均可具有带通中心波长λT，其以相互协调的(mutuallycoordinated)方式进行变化，即，沿着由x轴线表示的公共第一方向25的距离进行变化。第一方向25横向于光路22。本文所使用的术语“横向可变”被定义为指的是带通中心波长λT在横向于光路22的任何方向(诸如，例如第一方向25)上的变化。通过非限制性的示例的方式，图2A中的第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的带通中心波长λT可具有相应的单调性，如图2B中所示的线性依赖关系24A、24B。在沿着第一方向25的距离上的、通过x坐标表示的分别为第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的中心波长依赖关系λ1T(x)和λ2T(x)相对于彼此可以相同或可以相对于彼此偏移。例如，中心波长依赖关系λ1T(x)和λ2T(x)可以是使得λ2T(x)＝λ1T(x+x0)，其中x0是常数；或者成比例，例如λ2T(x)＝cλ1T(x)，其中c是常数，例如0.9<c<1.1。本文所使用的关于带通中心波长λT的术语“协调的方式(coordinatedfashion)”或“相互协调的”被定义为指的是分别为第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的中心波长依赖关系λ1T(x)和λ2T(x)之间的预先确定的函数关系。光学组件20的配置可以使光学组件20关于一定准直程度的信号光23的光谱选择性的依赖关系能够相比于第二横向可变带通光学滤波器21B关于该一定准直程度的信号光23的光谱选择性的相应的依赖关系而被减轻。光学组件20的该性能的改善可以是由于图2C中所示出的空间滤波作用的结果。在波长为λ0的单色光中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B可以近似地由具有对应于沿着x轴的位置的“开口”26的狭缝来表示，其中中心波长λT＝λ0。在“开口”26的外面，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B对于波长为λ0的单色光可以基本上是不透明的。“开口”26定义接受锥或立体角27(2θ)，其取决于滤波器之间的距离L。立体角2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件，包括：第一横向可变带通光学滤波器，其在信号光的光路中；以及第二横向可变带通光学滤波器，其被固定在所述第一横向可变带通光学滤波器的下游且在所述光路中离所述第一横向可变带通光学滤波器的第一距离处；其中，所述第一横向可变带通光学滤波器具有第一带通中心波长，其中，所述第二横向可变带通光学滤波器具有第二带通中心波长，以及其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长沿着横向于所述光路的第一方向以相互协调的方式变化。

【技术特征摘要】
2015.08.05 US 14/818,9861.一种光学组件，包括：第一横向可变带通光学滤波器，其在信号光的光路中；以及第二横向可变带通光学滤波器，其被固定在所述第一横向可变带通光学滤波器的下游且在所述光路中离所述第一横向可变带通光学滤波器的第一距离处；其中，所述第一横向可变带通光学滤波器具有第一带通中心波长，其中，所述第二横向可变带通光学滤波器具有第二带通中心波长，以及其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长沿着横向于所述光路的第一方向以相互协调的方式变化。2.如权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长在所述第一方向上单调增加。3.如权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长具有带通中心波长关于沿着所述第一方向的距离的基本相同的依赖关系。4.如权利要求1所述的光学组件，还包括：光纤，其具有第一端部和第二端部；以及光导管，其具有第一表面和第二表面，其中所述光导管的所述第一表面光学地耦合到所述光纤的所述第二端部，以及其中所述光导管的所述第二表面光学地耦合到所述第一横向可变带通光学滤波器。5.如权利要求4所述的光学组件，其中，所述光导管还包括第三表面，所述第三表面设置在所述第一表面和所述第二表面之间的光路中，以用于接收来自所述第一表面的所述信号光并使所述信号光反射朝向所述第二表面。6.如权利要求4所述的光学组件，其中，在操作中，所述信号光的一部分被从所述第一横向可变带通光学滤波器反射，其中，所述光导管包括反射壁，所述反射壁用于将所反射的光的部分中的至少一部分重定向回到所述第一横向可变带通光学滤波器。7.如权利要求4所述的光学组件，其中，所述光导管包括由多个外表面限定的均匀透明材料的板，所述多个外表面包括所述第一表面和所述第二表面，其中所述板被配置用于对其中的所述信号光进行非约束的传播。8.一种光学组件，包括：光学探头，其用于收集在样本被用照明光照亮时从所述样本发出的信号光；光纤，其具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部光学地耦合到所述光学探头，以用于接收由所述光学探头收集的所述信号光并传播所述信号光到所述第二端部；光导管，其具有第一表面和第二表面，其中所述光导管的所述第一表面光学地耦合到所述光纤的所述第二端部，以用于接收被传播到所述光纤的所述第二端部的所述信号光，用于在所述光导管中传播；第一横向可变带通光学滤波器，其光学地耦合到所述光导管的所述第二表面，以用于接收在所述光导管中传播的所述信号光；以及第二横向可变带通光学滤波器，其被固定在离所述第一横向可变带通光学滤波器的第一距离处且在所述信号光的光路中在所述第一横向可变带通光学滤波器的下游；其中，所述第一横向可变带通光学滤波器具有第一带通中心波长，且所述第二横向可变带通光学滤波器具有第二带通中心波长；其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长沿着横向于所述光路的第一方向以相互协调的方式变化。9.如权利要求8所述的光学组件，其中，所述光学探头包括中继光管，所述中继光管包括近端和远端，其中所述远端被配置用于接触所述样本或插入到所述样本中，从而收集从所述样本发出的所述信号光，其中所述中继光管还被配置用于在所述中继光管的主体中所述信号光从所述中继光管的所述近端到所述远端的非约束的传播。10.如权利要求9所述的光学组件，其中，所述中继光管的所述远端包括倾斜的光学表面。11.如权利要求8所述的光学组件，其中，所述光学探头包括传输比色管，以用于保存流体或细粒度形式的所述样本。12.如权利要求8所述的光学组件，还包括光电检测器阵列，所述光电检测器阵列被光学地耦合到所述第二横向可变带通光学滤波器并包括沿着所述第一方向设置的光电检测器，以用于对传播通过所述第二横向可变带通光学滤波器的所述信号光进行波长选择性检测。13.如权利要求8所述的光学组件，其中，所述第一横向可变带通光学滤波器和所述第二横向可变带通光学滤波器中的至少一个包括边靠边布置的多个带通光学滤波器分段，其中每个带通光学滤波器分段具有不同于直接相邻的带通光学滤波器分段的传输中心波长的横向不可变传输中心波长，所述光学组件还包括二维光电检测器阵列，所述二维光电检测器阵列光学地耦合到所述第二横向可变带通光学滤波器并包括沿着所述第一方向和所述第二方向设置的光电检测器，以用于对传播通过所述第二横向可变带通光学滤波器的所述信号光进行波长选择性检测。14.一种光学分光仪组件，包括：光源，其用于提供照明光；光学比色管，其大致平行于第一方向延伸及包括：入口，所述入口用于接收流体形式的样本；透明的侧壁，所述透明的侧壁限定与所述入口流体连通的腔，以用于在其中接收和包含所述样本，其中在所述样本被所述照明光照亮时信号光从所述样本发出；以及出口；第一横向可变带通光学滤波器，所述第一横向可变带通光学滤波器光学地耦合到所述透明的侧壁，以用于接收所述信号光；以及第二横向可变带通光学滤波器，所述第二横向可变带通光学滤波器被固定在离所述第一横向可变带通光学滤波器的第一距离处且在所述信号光的光路中在所述第一横向可变带通光学滤波器的下游；其中，所述第一横向可变带通光学滤波器具有第一带通中心波长，且所述第二横向可变带通光学滤波器具有第二带通中心波长；其中，所述第一带通中心波长和所述第二带通中心波长沿着横向于所述光路的第一方向以相互协调的方式变化；以及光电检测器阵列，所述光电检测器阵列光学地耦合到所述第二横向可变带通光学滤波器并包括沿着所述第一方向设置的光电检测器。15.如权利要求14所述的光学组件，其中，所述腔包括圆柱部分，所述圆柱部分包括平行于所述第一方向的轴。16.如权利要求14所述的光学组件，其中，所述腔包括平行于所述第一方向延伸的板。17.如权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一横向可变带通光学滤波器和所述第二横向可变带通光学滤波器中的至少一个包括边靠边布置的多个带通光学滤波器分段，其中每个带通光学滤波器分段具有不同于直接相邻的带通光学滤波器分段的横向不可变传输中心波长的横向不可变传输中心波长。18.如权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一横向可变带通光学滤波器和所述第二横向可变带通光学滤波器中的每一个均包括边靠边布置的带通光学滤波器分段的阵列，其中，每个带通光学滤波器分段具有不同于直接相邻的带通光学滤波器分段的传输中心波长的横向不可变传输中心波长；以及其中，所述第一横向可变带通光学滤波器和所述第二横向可变带通光学滤波器的所述带通光学滤波器分段的传输中心波长是相互协调的。19.如权利要求18所述的光学组件，其中，所述第一横向可变带通光学滤波器或所述第二横向可变带通光学滤波器的所述带通光学滤波器分段的传输带宽不大于所述带通光学滤波器分段的对应的传输中心波长的10％。20.如权利要求18所述的光学组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：保拉·史密斯，柯蒂斯·R·胡斯卡，本杰明·F·卡钦斯，保罗·G·库姆斯，
申请(专利权)人：唯亚威通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US