分光系统及制造方法以及包含其的光谱检测仪及制造方法技术方案

本公开涉及一种分光系统及制造方法以及包含其的光谱检测仪及制造方法。该分光系统包括：透明的第一基板，其具有相对设置的第一表面和第二表面；光源，设置在第一基板的第一表面上；全息光栅，设置在第一基板的与第一表面相对的第二表面上，全息光栅配置为接收来自光源的透射穿过第一基板的光并反射衍射不同波长的光返回第一基板的第一表面上分离的不同区域；数个透射光学器件，其分别设置在第一基板的第一表面上各个分离的区域上，并配置为：准直或汇聚从全息光栅反射衍射的光，并使其从第一基板出射。该分光系统能够应用于非准直宽光谱的光源，能够实现高精度分色，以较低成本满足多波长的一次性、快速、高精度的光谱检测的需求。

【技术实现步骤摘要】
分光系统及制造方法以及包含其的光谱检测仪及制造方法
本公开涉及一种分光系统及其制造方法，以及还涉及包含该分光系统的光谱检测仪及其制造方法。
技术介绍
目前，光谱检测仪在物质分析、标定、分子诊断、食品检疫和细菌分类等物理、生物和化学领域中得到广泛的应用。在一些应用中，需要对单个或者多个波长的光线作用下进行物理或化学反应(例如染色)的细胞或者物质进行检测或者收集。虽然引入了光栅分色，但一般只能实现基本的分色，最终的分色精度较低。为了提高透射或者反射出光的精度和强度，目前都要求入射光是高准直的光源，光源准直度直接影响透射或者反射出光的精度和强度。而对于高准直的光源的依赖又增加了光谱检测仪的成本和制造难度。因此，需要一种分光系统，该分光系统能够应用于非准直且宽光谱(例如白光)的光源，并能够实现高精度分色的微型光谱检测仪，以便以较低成本满足物质分析、标定、分子诊断、食品检疫和细菌分类等物理、生物和化学领域中的多波长多物质的一次性、快速且若干波长级别的精度的光谱检测的需要。
技术实现思路
根据本公开的第一方案，提供一种分光系统，所述分光系统包括：透明的第一基板，其具有相对设置的第一表面和第二表面；光源，其设置在第一基板的第一表面上；全息光栅，其设置在所述第一基板的第二表面上，所述全息光栅配置为接收来自所述光源的透射穿过第一基板的光并反射衍射不同波长的光返回所述第一基板的第一表面上分离的不同区域；数个透射光学器件，其分别设置在所述第一基板的第一表面上各个分离的区域上，并配置为：准直或汇聚从所述全息光栅反射衍射的光，并使其从所述第一基板出射。在一些实施例中，所述全息光栅包括多个光栅区域，并且所述各个光栅区域出射相应波长的光到所述第一基板的第一表面的相应区域。在一些实施例中，所述全息光栅包括多个光栅区域，并且所述多个光栅区域布置成组以便同组的光栅区域出射相同波长的光到所述第一基板的第一表面的相应区域。在一些实施例中，所述透射光学器件是透射光栅，其配置为透射衍射从所述全息光栅反射衍射的光，并将其准直取出所述第一基板。在一些实施例中，所述透射光学器件是微型凸透镜。在一些实施例中，所述光源包括微型发光二极管光源和半导体激光器芯片中的任何一种。在一些实施例中，所述分光系统还包括汇聚器件，其配置为收拢所述光源朝向所述第一基板的辐射角。在一些实施例中，所述汇聚器件包含反射镜，且其反射面设置在所述光源的远离所述第一基板的一侧，以便将所述光源朝向所述第一基板的辐射角收拢到预定范围内。在一些实施例中，所述预定范围为-30°到+30°的范围。在一些实施例中，所述全息光栅为三维光栅，三维包括x轴、y轴和z轴三个维度，其中x轴和y轴分别是所述全息光栅的平面内的两个维度上的轴，z轴是该平面法线方向上的轴，所述全息光栅的各个光栅区域针对x轴的周期根据公式(2)来计算：所述全息光栅的各个光栅区域针对y轴的周期根据公式(3)来计算：所述全息光栅的各个光栅区域的周期根据公式(4)来计算：并且，所述全息光栅的各个光栅区域的光栅排布方向根据公式(5)来计算：θg＝arctan(Λy/Λx)公式(5)，其中，Λ为所述全息光栅的各个光栅区域的周期，Λx为所述全息光栅的各个光栅区域针对x轴的周期，Λy为所述全息光栅的各个光栅区域针对y轴的周期，θg为所述全息光栅的各个光栅区域的光栅排布方向，ni为入射介质的折射率，θi为入射光的矢量与z轴之间的夹角，为入射光的矢量在x-y平面上的投影与x轴之间的夹角，m为衍射级次，λ为入射光波长，θd为衍射出射的光的矢量与z轴之间的夹角，为衍射出射的光的矢量在x-y平面上的投影与x轴之间的夹角，以及nd为出射介质的折射率。在一些实施例中，各个透射光栅为三维光栅且包括多个光栅区域，三维包括x轴、y轴和z轴三个维度，其中x轴和y轴分别是所述透射光栅的平面内的两个维度上的轴，z轴是该平面法线方向上的轴，所述透射光栅的各个光栅区域针对x轴的周期根据公式(6)来计算：所述透射光栅的各个光栅区域针对y轴的周期根据公式(7)来计算：所述透射光栅的各个光栅区域的周期根据公式(4)来计算：并且，所述透射光栅的各个光栅区域的光栅排布方向根据公式(5)来计算：θg＝arctan(Λy/Λx)公式(5)，其中，Λ为所述透射光栅的各个光栅区域的周期，Λx为所述透射光栅的各个光栅区域针对x轴的周期，Λy为所述透射光栅的各个光栅区域针对y轴的周期，θg为所述透射光栅的各个光栅区域的光栅排布方向，ni为入射介质的折射率，θi为入射光的矢量与z轴之间的夹角，为入射光的矢量在x-y平面上的投影与x轴之间的夹角，m为衍射级次，λ为入射光波长。根据本公开的第二方案，提供一种光谱检测仪，其包括：上述的任何一种分光系统；第二基板，其设置在所述分光系统的与所述全息光栅相反的一侧上；待测物通道，其设置在所述第二基板的面对所述分光系统的一侧上；以及检测器，其以与所述数个透射光学器件对应的方式，设置在所述待测物通道的背离所述分光系统的一侧上。在一些实施例中，所述待测物通道为微流通道。根据本公开的第三方案，提供一种制造上述的利用透射光栅作为透射光学器件的分光系统的方法，所述方法包括：提供所述第一基板；在所述第一基板的第二表面上旋涂光刻胶；在所述第一基板的第二表面上的光刻胶上形成所述全息光栅及其对位标记的图案；利用干法蚀刻法在所述第一基板的第二表面上刻蚀出所述全息光栅及其对位标记，并涂布保护层来保护所述全息光栅及其对位标记；在所述第一基板的第一表面上旋涂光刻胶；在所述第一基板的第一表面上的光刻胶上形成所述透射光栅及其对位标记的图案；利用干法蚀刻法在所述第一基板的第一表面上刻蚀出所述透射光栅及其对位标记；以及去除所述光刻胶。在一些实施例中，所述方法包括上文中所述的任何制造分光系统的方法以及如下步骤：清洗和干燥所得到的分光系统；在所述第二基板的面对所述分光系统的一侧上形成所述待测物通道并在所述待测物通道的背离所述分光系统的一侧上设置所述检测器；以及将所述第一基板和所述第二基板对位贴合。附图说明在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。图1示出根据本公开第一实施例的分光系统的结构图示；图2示出根据本公开第二实施例的光谱检测仪的结构图示；图3(a)示出图2所示的光谱检测仪中的分光系统中入射光的角谱分布；图3(b)示出图2所示的光谱检测仪中的分光系统中的光源在全息光栅上的辐射区域上的光强分布图以及光栅区域的划分图示；图4示出根据本公开第三实施例的分光系统中的透射光栅的光栅排布方向、透射衍射光以及反射衍射光的取向的分布图；图5示出根据本公开第四实施例的分光系统的制造方法的流程图；图6(a)示出图5中所示的分光系统的制造流程中第一基板的第二表面上的全息光栅的排布和对位标记位置的图示；图6(b)示出图5中所示的分光系统的制造流程中第一基板的第一表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分光系统，其特征在于，所述分光系统包括：透明的第一基板，其具有相对设置的第一表面和第二表面；光源，其设置在第一基板的第一表面上；全息光栅，其设置在所述第一基板的所述第二表面上，所述全息光栅配置为接收来自所述光源的透射穿过第一基板的光并反射衍射不同波长的光返回所述第一基板的第一表面上分离的不同区域；数个透射光学器件，其分别设置在所述第一基板的第一表面上各个分离的区域上，并配置为：准直或汇聚从所述全息光栅反射衍射的光，并使其从所述第一基板出射。

【技术特征摘要】
1.一种分光系统，其特征在于，所述分光系统包括：透明的第一基板，其具有相对设置的第一表面和第二表面；光源，其设置在第一基板的第一表面上；全息光栅，其设置在所述第一基板的所述第二表面上，所述全息光栅配置为接收来自所述光源的透射穿过第一基板的光并反射衍射不同波长的光返回所述第一基板的第一表面上分离的不同区域；数个透射光学器件，其分别设置在所述第一基板的第一表面上各个分离的区域上，并配置为：准直或汇聚从所述全息光栅反射衍射的光，并使其从所述第一基板出射。2.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述全息光栅包括多个光栅区域，并且所述各个光栅区域出射相应波长的光到所述第一基板的第一表面的相应区域。3.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述全息光栅包括多个光栅区域，并且所述多个光栅区域布置成组以便同组的光栅区域出射相同波长的光到所述第一基板的第一表面的相应区域。4.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述透射光学器件是透射光栅，其配置为透射衍射从所述全息光栅反射衍射的光，并将其准直取出所述第一基板。5.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述透射光学器件是微型凸透镜。6.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述光源包括微型发光二极管光源和半导体激光器芯片中的任何一种。7.根据权利要求1所述的分光系统，其特征在于，所述分光系统还包括汇聚器件，其配置为收拢所述光源朝向所述第一基板的辐射角。8.根据权利要求7所述的分光系统，其特征在于，所述汇聚器件包含反射镜，且其反射面设置在所述光源的远离所述第一基板的一侧，以便将所述光源朝向所述第一基板的辐射角收拢到预定范围内。9.根据权利要求8所述的分光系统，其特征在于，所述预定范围为-30°到+30°的范围。10.根据权利要求2或3所述的分光系统，其特征在于，所述全息光栅为三维光栅，三维包括x轴、y轴和z轴三个维度，其中x轴和y轴分别是所述全息光栅的平面内的两个维度上的轴，z轴是该平面法线方向上的轴，所述全息光栅的各个光栅区域针对x轴的周期根据公式(2)来计算：所述全息光栅的各个光栅区域针对y轴的周期根据公式(3)来计算：所述全息光栅的各个光栅区域的周期根据公式(4)来计算：并且，所述全息光栅的各个光栅区域的光栅排布方向根据公式(5)来计算：θg＝arctan(Λy/Λx)公式(5)，其中，Λ为所述全息光栅的各个光栅区域的周期，Λx为所述全息光栅的各个光栅区域针对x轴的周期，Λy为所述全息光栅的各个光栅区域针对y轴的周期，θg为所述全息光栅的各个光栅区域的光栅排布方向，ni为入射介质的折射率，θi为入射光的矢量与z轴之间的夹角，为入射光的矢量在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪芹，孟宪东，王方舟，王维，谭纪风，高健，陈小川，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11