本发明专利技术提供一种基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，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第一直波导及对应设置于其旁边的若干个耦入光栅单元，且若干个第一直波导相互平行排列为一排，耦入光栅单元通过定向耦合的方式向第一直波导传输光信号；干涉仪阵列包括若干个第二弯曲波导、第二直波导以及设置于第二直波导两端的反射镜；耦出光栅阵列包括若干个第三直波导及若干个耦出光栅单元，于第三直波导中传输的干涉光通过耦出光栅单元耦出静态干涉仪芯片。该光谱仪有效提高了输入光通量，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。列之间的对准结构。列之间的对准结构。
【技术实现步骤摘要】
基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪
[0001]本专利技术涉及拉曼光谱探测领域，特别是涉及一种基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪。
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
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，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且输入信号光线的耦合对准结构复杂。
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基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，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的耦合对准结构复杂等的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，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第一直波导及对应设置于每个所述第一直波导旁边的若干个耦入光栅单元，且若干个所述第一直波导相互平行排列为一排，每个所述耦入光栅单元包括依次连接的耦入光栅、第一锥形平面波导及第一弯曲波导，每个所述第一弯曲波导与对应设置的所述第一直波导形成定向耦合器；
[0009]所述干涉仪阵列包括若干个第二弯曲波导、对应设置于每个所述第二弯曲波导旁边的第二直波导以及设置于每个所述第二直波导两端的反射镜；若干个所述第一直波导与若干个所述第二弯曲波导一一对应连接；所述第二弯曲波导与对应设置的所述第二直波导形成定向耦合器；所述第二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；
[0010]所述耦出光栅阵列包括若干个第三直波导及若干个耦出光栅单元，且若干个所述第三直波导相互平行排列为一排，若干个所述第三直波导与若干个所述第二弯曲波导一一对应连接，于所述第三直波导中传输的干涉光通过所述耦出光栅单元耦出所述静态干涉仪芯片；
[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，所述耦入光栅单元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]可选地，所述耦出光栅单元包括依次连接的第二锥形平面波导及耦出光栅，所述第二锥形平面波导与所述第三直波导连接。
[0015]可选地，所述耦入光栅阵列的结构与所述耦出光栅阵列的结构相同。
[0016]可选地，所述耦入光栅单元在所述静态干涉仪芯片上呈“鱼骨状”相对设置或者上下交错设置。
[0017]可选地，若干个所述第二直波导的长度沿其排列方向不等。
[0018]进一步地，若干个所述第二直波导的长度沿其排列方向逐渐减小。
[0019]进一步地，若干个所述第二直波导的长度沿其排列方向等差减小。
[0020]可选地，所述第二弯曲波导与对应设置的所述第二直波导之间的最小距离介于1nm～400nm之间。
[0021]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。
[0022]可选地，所述第二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。
[0023]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。
[0024]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；所述耦出光栅单元中的耦出光栅为长方形光栅、扇形光栅或亚波长光栅。
[0025]如上所述，本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，耦入光栅阵列通过定向耦合的方式进行光信号的传输，有效提高耦入光栅在静态干涉仪芯片上的面积，再采用与复合抛物面聚光镜结合的形式，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
[0026]图1显示为本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪的结构示意图。
[0027]图2显示为本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪中静态干涉仪芯片的结构示意图。
[0028]图3a及图3b显示为本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪中耦入光栅阵列的一种排布方式的结构示意图。
[0029]图4显示为本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪中耦入光栅阵列的另一种排布方式的结构示意图。
[0030]图5显示为图2静态干涉仪芯片中一个小的静态干涉仪单元的结构示意图。
[0031]图6显示为本专利技术的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪中耦出光栅阵列的一种排布方式的结构示意图。
[0032]图7显示为图2静态干涉仪芯片中第一直波导在拐角处为弧形的结构示意图。
[0033]图8显示为图2静态干涉仪芯片中第三直波导在拐角处为弧形的结构示意图。
[0034]图9至图11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。
[0035]元件标号说明
[0036]10
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静态干涉仪芯片
[0037]11
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图像传感器芯片
[0038]12
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复合抛物面聚光镜
[0039]121
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光斑
[0040]122
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滤光片
[0041]13
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耦入光栅阵列...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，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第一直波导及对应设置于每个所述第一直波导旁边的若干个耦入光栅单元，且若干个所述第一直波导相互平行排列为一排，每个所述耦入光栅单元包括依次连接的耦入光栅、第一锥形平面波导及第一弯曲波导，每个所述第一弯曲波导与对应设置的所述第一直波导形成定向耦合器；所述干涉仪阵列包括若干个第二弯曲波导、对应设置于每个所述第二弯曲波导旁边的第二直波导以及设置于每个所述第二直波导两端的反射镜；若干个所述第一直波导与若干个所述第二弯曲波导一一对应连接；所述第二弯曲波导与对应设置的所述第二直波导形成定向耦合器；所述第二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第三直波导及若干个耦出光栅单元，且若干个所述第三直波导相互平行排列为一排，若干个所述第三直波导与若干个所述第二弯曲波导一一对应连接，于所述第三直波导中传输的干涉光通过所述耦出光栅单元耦出所述静态干涉仪芯片；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所述的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，其特征在于：所述耦入光栅单元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1所述的基于定向耦合方式传输的芯片式拉曼光谱仪，其特征在于：所述耦出光栅单元包括依次连接的第二锥形平面波导及耦出光...
【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：
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