一种小型化低成本光谱仪制造技术

本发明专利技术公开了一种小型化低成本光谱仪，包括环形器，所述环形器包括common端、pass端和Reflect端，所述环形器的pass端与可调谐滤波器的输入光纤相连，所述可调谐滤波器的输出光纤与光反射系统相连，所述环形器的Reflect端连接有探测器，所述探测器和可调谐滤波器都与控制与分析处理系统相连，所述可调谐滤波器由输入光纤，输出光纤，透镜、透射式衍射光栅、1/4波片、MEMS转镜组成。本发明专利技术通过增加了透镜和光栅的利用率，新的光路设计以及选择体积更小、速度更快、稳定性更好的MEMS微机电系统转动原件，有效缩小了光谱仪的体积，降低了制作成本，实现了更好的性能。实现了更好的性能。实现了更好的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化低成本光谱仪


[0001]本专利技术涉及光谱仪
，具体为一种小型化低成本光谱仪。

技术介绍

[0002]光谱仪按分光技术原理可以分为衍射型光谱仪、干涉型光谱仪、散射型光谱仪、荧光型光谱仪、滤光片型光谱仪、棱镜色散型光谱仪。
[0003]国内外现有的台式光谱仪多为衍射型光谱仪。衍射型光谱仪(工作原理见图3)是采用衍射元件
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光栅进行分光，其关键技术包括高分辨率衍射分光技术及扫描单元控制与采样同步技术等，核心部件是光栅、高精度码盘和精密转动电机。
[0004]现有光谱仪中存在一些缺点导致其很难实现仪器的小型化、便携化、低成本。这些缺点在技术方面具体体现为：第一方面，每个光栅只衍射一次光信号，导致光栅利用率不高。如果需要增强衍射效果就需要增加光栅的个数、提高光栅的线数，这显然不利于仪器的小型化以及低成本化；第二方面，现有光谱仪是转动电机直接带动光栅转动，这样电机很难采用体积更小、速度更快、稳定性更好的MEMS(微机电系统)转动原件。第三方面：现有衍射光谱仪采用2个以上的分立准直镜和汇聚镜，这也影响了器件的小型化以及低成本化。
[0005]因此，亟需一种新型的衍射型光谱仪，针对上述技术缺陷做出改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种小型化低成本光谱仪，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种小型化低成本光谱仪，包括环形器，所述环形器包括common端、pass端和Reflect端，所述环形器的pass端与可调谐滤波器的输入光纤相连，所述可调谐滤波器的输出光纤与光反射系统相连，所述环形器的Reflect端连接有探测器，所述探测器和可调谐滤波器都与控制与分析处理系统相连，所述可调谐滤波器由输入光纤，输出光纤，透镜、透射式衍射光栅、1/4波片、MEMS转镜组成。
[0009]进一步地，所述光反射系统为光纤、透镜、反射镜组成的反射系统。
[0010]进一步地，所述光反射系统为光纤端面镀反射膜形成的反射系统。
[0011]进一步地，所述可调谐滤波器为透射式衍射光栅型滤波器。
[0012]进一步地，所述可调谐滤波器为反射式衍射光栅型滤波器。
[0013]进一步地，所述可调谐滤波器为滤波片型滤波器。
[0014]进一步地，所述透镜为具有准直、汇聚功能的透球面透镜。
[0015]进一步地，所述透镜为具有准直、汇聚功能的非球面透镜。
[0016]进一步地，所述透镜为具有准直、汇聚功能的渐变折射率透镜。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本专利技术利用光反射系统和环形器实现光反复经过同一可调谐滤波器的设计，进
而在保障光谱分辨率的前提下，减小光谱仪体积，降低成本。
[0019]2、本专利技术采用光栅静止，MEMS转镜转动的结构实现光谱扫描功能，代替原有电机带动光栅整体转动扫描的结构，能够有效降低光谱仪体积，提升扫描速度与稳定性；
[0020]3、本专利技术使用同一个透镜同时实现汇聚与准直功能，减少了光谱仪中透镜使用的数量，减小光谱仪体积，降低成本。
[0021]综上所述，本专利技术通过增加了透镜和光栅的利用率，新的光路设计以及选择体积更小、速度更快、稳定性更好的MEMS微机电系统转动原件，有效缩小了光谱仪的体积，降低了制作成本，实现了更好的性能。
附图说明
[0022]图1为一种小型化低成本光谱仪的结构示意图；
[0023]图2为一种小型化低成本光谱仪中可调谐滤波器的结构示意图；
[0024]图3为典型的衍射型光谱仪的光学原理图。
[0025]图中：1、输入光纤；2、输出光纤；3、透镜；4、透射式衍射光栅；5、1/4波片；6、MEMS转镜。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1：请参阅图1～2，一种小型化低成本光谱仪，包括环形器，所述环形器包括common端、pass端和Reflect端，所述环形器的pass端与可调谐滤波器的输入光纤相连，所述可调谐滤波器的输出光纤与光反射系统相连，所述环形器的Reflect端连接有探测器，所述探测器和可调谐滤波器都与控制与分析处理系统相连，所述可调谐滤波器由输入光纤1，输出光纤2，透镜3、透射式衍射光栅4、1/4波片5、MEMS转镜6组成。
[0028]本专利技术工作时待测光进入到环形器的common端，然后从pass端输出并进入可调谐滤波器的输入光纤1。输入光纤1的光经过透镜3后变为准直光，准直光到达透射式衍射光栅4，透射式衍射光栅4将不同波长的光衍射成不同角度的光，不同角度的光继续来到1/4波片5。1/4波片将对通过的光信号进行偏振态调整，从而优化整个可调谐滤波器的偏振相关特性。经过1/4波片的光继续来到MEMS转镜6。MEMS转镜将光信号反射回1/4波片5、透射式衍射光栅4和透镜3。透镜3将反射回的准直光汇聚到输出光纤2。控制与分析处理系统控制可调谐滤波器中的MEMS转镜6转动到特定角度，以保证特定波长的光能够经透镜3汇聚到输出光纤2中。从光纤2输出的光进入光反射系统。光反射系统将光纤2的输出光重新返回。根据可调谐滤波器的光路可逆原理，从光纤2返回的光将重新返回到光纤1。在此途中可调谐滤波器中的透射式衍射光栅将再一次发挥衍射作用，进而提高了光栅的利用率。返回到光纤1中的光进入环形器的Pass端口，再到达环形器的Reflect端口。最后光通过环形器的Reflect端口进入探测器。
[0029]MEMS转镜转动的角度和所加电压是一一对应关系。不同波长的光对应唯一的MEMS
转镜角度，即不同波长的光与MEMS转镜的所加的电压是一一对应关系。控制与分析处理系统通过控制可调谐滤波器中的MEMS转镜6转动到特定角度，使得特定波长的光进入探测器，同时获取探测器光功率读值，从而得到待测光中光的波长和光功率的对应关系，即得到待测光的光谱信息，实现光谱分析功能。
[0030]本专利技术中每个衍射光栅多次对待测光进行衍射，增加了光栅的利用率；准直镜与汇聚镜为同一个透镜，即同一个透镜既起到准直的作用，又起到汇聚的作用，增加了透镜的利用率；通过新的光路设计，转动电机不再转动整个光栅，同时选择体积更小、速度更快、稳定性更好的MEMS微机电系统转动原件，实现了更好的性能。
[0031]实施例2：请参阅图1～2，一种小型化低成本光谱仪，与实施例1的区别在于，所述光反射系统为光纤、透镜、反射镜组成的反射系统。
[0032]本实施例中，光反射系统选用光纤、透镜、反射镜组成的反射系统，具有优异的反射性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化低成本光谱仪，包括环形器，其特征在于：所述环形器包括common端、pass端和Reflect端，所述环形器的pass端与可调谐滤波器的输入光纤相连，所述可调谐滤波器的输出光纤与光反射系统相连，所述环形器的Reflect端连接有探测器，所述探测器和可调谐滤波器都与控制与分析处理系统相连，所述可调谐滤波器由输入光纤(1)，输出光纤(2)，透镜(3)、透射式衍射光栅(4)、1/4波片(5)、MEMS转镜(6)组成。2.根据权利要求1所述的一种小型化低成本光谱仪，其特征在于：所述光反射系统为光纤、透镜、反射镜组成的反射系统。3.根据权利要求1所述的一种小型化低成本光谱仪，其特征在于：所述光反射系统为光纤端面镀反射膜形成的反射系...

【专利技术属性】
技术研发人员：高阳，王森，许兴旺，
申请(专利权)人：深圳市欧亿光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：