芯片式拉曼光谱仪制造技术

本发明专利技术提供一种芯片式拉曼光谱仪，包括：包含耦入光栅阵列、干涉仪阵列及耦出光栅阵列的静态干涉仪芯片，图像传感器芯片及一个复合抛物面聚光镜；耦入光栅阵列包括若干个依次一一对应连接的耦入光栅、第一锥形平面波导及第一条形波导；每个第一条形波导与干涉仪阵列中的弯曲波导一一对应连接，且相互平行排列为一排；干涉仪阵列包括若干个弯曲波导、直波导以及设置于直波导两端的反射镜；耦出光栅阵列包括若干个一一对应连接的第二条形波导、第二锥形平面波导及耦出光栅；每个第二条形波导与干涉仪阵列中的弯曲波导一一对应连接，且相互平行排列为一排。本发明专利技术的芯片式拉曼光谱仪，有效提高了光谱仪的输入光通量，并且简化了输入信号光线与耦入光栅阵列之间的对准结构。信号光线与耦入光栅阵列之间的对准结构。信号光线与耦入光栅阵列之间的对准结构。

【技术实现步骤摘要】
芯片式拉曼光谱仪


[0001]本专利技术涉及拉曼光谱探测领域，特别是涉及一种芯片式拉曼光谱仪。

技术介绍

[0002]拉曼散射是一种非弹性散射，它是由光照射在物质上时，光子由于物质分子的振动而受到相互作用，产生与激发光本身频率不同的散射，因此不同分子，甚至不同化学键之间都有着不同的拉曼峰位，且拉曼光谱具有非破坏性、非侵入性、不用进行样品加工，信息丰富、分析效率高等特点，因此已被广泛应用于生物、化学、医疗、食品安全、航天航空、环境保护等领域。
[0003]然而，拉曼散射本身的发光强度非常弱，常规拉曼信号的强度只有入射光强度的10
‑6～10
‑
12
，要探测拉曼信号十分困难，因此如何使仪器尽可能多地接收拉曼信号，始终是拉曼光谱检测仪器的一项设计重点。目前成熟的拉曼光谱仪设计，受限于器件结构所允许的最大光通量限制，难以在保持高光谱分辨率的前提下接收到足够多的信号，这就对后续的拉曼信号提取在数据处理和拟合算法方面提出了更高的要求。
[0004]芯片式拉曼光谱仪具有很小的体积，能够实现光谱仪的小型化和便携化，甚至能够实现可穿戴设备，用于疾病和健康的管理与监控。但目前芯片式拉曼光谱仪产品非常少，几乎没有，且均存在输入光通量低，输入信号光线与分析芯片之间的耦合对准结构复杂等问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种芯片式拉曼光谱仪，用于解决现有技术中的芯片式拉曼光谱仪的输入光通量较低及输入信号光线与分析芯片之间的耦合对准结构复杂等问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种芯片式拉曼光谱仪，所述芯片式拉曼光谱仪包括：静态干涉仪芯片和图像传感器芯片封装在一起的封装体，以及与所述封装体机械连接的一个复合抛物面聚光镜；
[0007]所述静态干涉仪芯片包括依次一一对应连接的耦入光栅阵列、干涉仪阵列及耦出光栅阵列；
[0008]所述耦入光栅阵列包括若干个依次一一对应连接的耦入光栅、第一锥形平面波导及第一条形波导；每个所述第一条形波导的末端为条形直波导，且若干个该条形直波导相互平行排列为一排；
[0009]所述干涉仪阵列包括若干个弯曲波导、对应设置于每个所述弯曲波导旁边的直波导以及设置于每个所述直波导两端的反射镜；若干个所述第一条形波导与若干个所述弯曲波导一一对应连接；所述弯曲波导与对应设置的所述直波导形成定向耦合器；所述直波导与其两端的所述反射镜形成法布里
‑
珀罗干涉仪；
[0010]所述耦出光栅阵列包括若干个一一对应连接的第二条形波导、第二锥形平面波导
及耦出光栅；每个所述第二条形波导与干涉仪阵列中的弯曲波导一一对应连接，每个所述第二条形波导的末端为条形直波导，且若干个该条形直波导相互平行排列为一排；
[0011]所述复合抛物面聚光镜设置于所述耦入光栅阵列的正上方；
[0012]所述图像传感器芯片设置于所述耦出光栅阵列的上方，以接收所述耦出光栅阵列的衍射光。
[0013]可选地，若干个所述耦入光栅在所述静态干涉仪芯片上排布形状的整体轮廓与所述复合抛物面聚光镜发射的光斑形状匹配。
[0014]进一步地，所述复合抛物面聚光镜入射至所述耦入光栅阵列的光与垂直方向的夹角介于0
°
～30
°
之间，所述复合抛物面聚光镜与所述耦入光栅阵列之间的距离介于0mm～99mm之间。
[0015]可选地，若干个所述直波导的长度沿其排列方向不等。
[0016]进一步地，若干个所述直波导的长度沿其排列方向逐渐减小。
[0017]进一步地，若干个所述直波导的长度沿其排列方向等差减小。
[0018]可选地，所述弯曲波导与对应设置的所述直波导之间的最小距离介于1nm～400nm之间。
[0019]可选地，所述图像传感器芯片为CCD芯片或CMOS图像传感器芯片。
[0020]可选地，所述直波导两端的所述反射镜为金属平面反射镜；所述复合抛物面聚光镜下方还设置有滤光片，以滤除前置系统中引入的激发光。
[0021]可选地，所述耦入光栅为长方形光栅、扇形光栅或亚波长光栅；所述耦出光栅为长方形光栅、扇形光栅或亚波长光栅。
[0022]可选地，所述静态干涉仪芯片形成于硅基底上或形成于塑料基底上。
[0023]如上所述，本专利技术的芯片式拉曼光谱仪，通过复合抛物面聚光镜结合大面积耦入光栅阵列的形式，有效提高了光谱仪的输入光通量，并且简化了输入信号光线与耦入光栅阵列之间的对准结构。
附图说明
[0024]图1显示为本专利技术的芯片式拉曼光谱仪的结构示意图。
[0025]图2显示为本专利技术的芯片式拉曼光谱仪中静态干涉仪芯片的结构示意图。
[0026]图3显示为图2静态干涉仪芯片中一个小的静态干涉仪单元A的结构示意图。
[0027]图4显示为图2静态干涉仪芯片中耦入光栅阵列的结构示意图。
[0028]图5显示为图2静态干涉仪芯片中第一条形波导及第二条形波导在拐角处为弧形的结构示意图。
[0029]图6至图8显示为图2静态干涉仪芯片中耦入光栅及耦出光栅的结构示意图，其依次为长方形光栅、扇形光栅和亚波长光栅。
[0030]元件标号说明
[0031]10
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静态干涉仪芯片
[0032]11
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图像传感器芯片
[0033]12
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复合抛物面聚光镜
[0034]121
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光斑
[0035]122
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滤光片
[0036]13
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耦入光栅阵列
[0037]131
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耦入光栅
[0038]132
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第一锥形平面波导
[0039]133
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第一条形波导
[0040]133a
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条形直波导
[0041]14
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干涉仪阵列
[0042]141
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弯曲波导
[0043]142
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直波导
[0044]143
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反射镜
[0045]144
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片式拉曼光谱仪，其特征在于，所述芯片式拉曼光谱仪包括：静态干涉仪芯片和图像传感器芯片封装在一起的封装体，以及与所述封装体机械连接的一个复合抛物面聚光镜；所述静态干涉仪芯片包括依次一一对应连接的耦入光栅阵列、干涉仪阵列及耦出光栅阵列；所述耦入光栅阵列包括若干个依次一一对应连接的耦入光栅、第一锥形平面波导及第一条形波导；每个所述第一条形波导的末端为条形直波导，且若干个该条形直波导相互平行排列为一排；所述干涉仪阵列包括若干个弯曲波导、对应设置于每个所述弯曲波导旁边的直波导以及设置于每个所述直波导两端的反射镜；若干个所述第一条形波导与若干个所述弯曲波导一一对应连接；所述弯曲波导与对应设置的所述直波导形成定向耦合器；所述直波导与其两端的所述反射镜形成法布里
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珀罗干涉仪；所述耦出光栅阵列包括若干个一一对应连接的第二条形波导、第二锥形平面波导及耦出光栅；每个所述第二条形波导与干涉仪阵列中的弯曲波导一一对应连接，每个所述第二条形波导的末端为条形直波导，且若干个该条形直波导相互平行排列为一排；所述复合抛物面聚光镜设置于所述耦入光栅阵列的正上方；所述图像传感器芯片设置于所述耦出光栅阵列的上方，以接收所述耦出光栅阵列的衍射光。2.根据权利要求1所述的芯片式拉曼光谱仪，其特征在于：若干个所述耦入光栅在所述静态干涉仪芯片上排布形状的整体轮廓与所述复合抛物面聚光镜发射的光斑形状匹配。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：