專利名稱：空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖耦合裝置，尤其涉及一種空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置，用于同時(shí)檢測(cè)不同樣本的激光誘導(dǎo)熒光光譜，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)的光纖耦合裝置采用了空間多通道激光誘導(dǎo)熒光采集光纖結(jié)構(gòu)，將普通的非成像型光譜儀，與線陣或面陣光電傳感器(例如CCD或ICCD)等配合，組成可以對(duì)兩個(gè)或更多個(gè)不同的點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行熒光檢測(cè)的測(cè)量裝置。本發(fā)明按功能劃分為三個(gè)部分激發(fā)光耦合部分、探頭部分和熒光采集耦合部分。
在激發(fā)光耦合部分，采用光分束鏡和聚焦透鏡，將激光器輸出的激發(fā)光束分離成幾束光強(qiáng)相等的光束，并分別耦合到多根激發(fā)光纖的輸入端。在激發(fā)采集探頭部分，每一根激發(fā)光纖周圍均勻圍繞排列等數(shù)量的熒光采集光纖，端面研磨平滑光亮，外側(cè)套以定位套筒。在熒光采集耦合部分，分別將熒光采集光纖的輸出光束排列成線陣，耦合入光譜儀狹縫，每一束光纖在耦合端均加上套筒光闌并對(duì)準(zhǔn)光譜儀狹縫。調(diào)整光纖在套筒光闌中的軸向位置，使得熒光在探測(cè)焦平面上沿縱向即與狹縫平行方向完全分開(kāi)，達(dá)到空間熒光分離的目的。置于探測(cè)焦平面上的光電傳感器將不同區(qū)域的熒光光譜檢測(cè)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)空間多點(diǎn)熒光同步檢測(cè)。
本發(fā)明的有益效果是，可以同時(shí)保證空間不同的激光誘導(dǎo)熒光測(cè)量點(diǎn)的測(cè)試條件相同，包括測(cè)量點(diǎn)的激發(fā)光能量密度相同、熒光采集空間立體角相同和在相同樣本條件下的熒光光譜強(qiáng)度相同。由此可以在樣品的激發(fā)條件和熒光采集條件以及探測(cè)系統(tǒng)完全相同的情況下同時(shí)檢測(cè)樣品的熒光光譜，通過(guò)得到的被測(cè)樣品不同的熒光光譜信息，來(lái)反映樣品本身的特性差異。本發(fā)明有效提高了檢測(cè)結(jié)果的精確度和準(zhǔn)確度，提高檢測(cè)效率，降低樣本數(shù)量，降低成本，可實(shí)現(xiàn)單一樣本的特征參數(shù)測(cè)量。
本發(fā)明可以解決生物、醫(yī)學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程中熒光物質(zhì)的同步參照檢測(cè)問(wèn)題。例如，本發(fā)明的裝置在皮膚癌激光誘導(dǎo)熒光早期診斷應(yīng)用中，可以同時(shí)檢測(cè)同一患者皮膚正常部位和異常部位的熒光譜，通過(guò)參照對(duì)比分析，得到診斷結(jié)果。避免了不同個(gè)體的特異性帶來(lái)的診斷誤差，也避免了傳統(tǒng)單一檢測(cè)通道探頭必須分時(shí)測(cè)量從而帶來(lái)測(cè)試條件改變引起的隨機(jī)誤差。


圖1是本發(fā)明光纖耦合裝置(三通道)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明裝置由三部分組成，包括激發(fā)光耦合部分、激發(fā)采集探頭部分和熒光采集耦合部分。其中，激光器1，兩片激光波長(zhǎng)透過(guò)率不同的光分束鏡2、3，聚焦透鏡4，激發(fā)光纖5，激發(fā)采集探頭6，定位套筒7，檢測(cè)樣本8，采集光纖束9，套筒光闌10，采集光纖調(diào)整套筒11，光譜儀狹縫12，光電傳感器13，曝光像元區(qū)14。
圖2是本發(fā)明裝置中的激發(fā)采集探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明裝置中的熒光采集耦合部分結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明裝置包括激發(fā)光耦合部分、激發(fā)采集探頭部分和熒光采集耦合部分。激發(fā)光耦合部分的功能是產(chǎn)生三束等光功率的激光，并分別耦合到激發(fā)光纖中。激光器1輸出的激光束光功率為P0，在分束鏡2(T2＝33.3％)處分為兩束，分束鏡平面與激光束夾角為45°，透射的光功率為P0/3，反射光束在分束鏡3(T3＝50％)處分為兩束。經(jīng)過(guò)分束鏡2和分束鏡3分束得到的三束光的光功率相等，為P0/3。三束光分別用聚焦透鏡4耦合入石英激發(fā)光纖5。
本發(fā)明中，光分束鏡的透過(guò)率T與反射率R之和為1。
對(duì)于不同通道數(shù)量，光分束鏡的透過(guò)率可按照下面公式計(jì)算Ti+2＝1/(n-i) i＝0，1…n-2其中n是通道數(shù)量，透過(guò)率T的下腳標(biāo)序號(hào)與圖1中光分束鏡標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)。
激發(fā)采集探頭部分的功能是用激發(fā)光纖輸出的激光激發(fā)樣品，并將樣品產(chǎn)生的熒光收集起來(lái)，由熒光采集光纖傳輸?shù)綗晒獠杉詈喜糠?。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。激發(fā)光纖5周圍均勻環(huán)繞采集光纖9，用膠粘結(jié)固定，端面研磨平滑光亮，組成激發(fā)采集探頭6。探頭6外套以定位套筒7，起調(diào)整激發(fā)采集光纖9的端面到樣本8距離的作用。激發(fā)光纖5傳輸過(guò)來(lái)的紫外光在樣本8處激發(fā)組織后產(chǎn)生的熒光經(jīng)采集光纖9傳輸，耦合入光譜儀。
熒光采集耦合部分的功能是將樣品熒光進(jìn)行空間和光譜二維分光，結(jié)構(gòu)如圖3所示。每組采集光纖9排成線陣，插入采集光纖調(diào)整套筒11并粘結(jié)其中，采集光纖調(diào)整套筒11外面套以套筒光闌10，使排列成線陣的光纖對(duì)準(zhǔn)光譜儀狹縫12。沿平行于狹縫方向調(diào)整套筒光闌10之間的距離，以及沿套筒軸線方向，調(diào)整采集光纖調(diào)整套筒11在套筒光闌10中的位置，使位于焦平面光電傳感器13上的三組曝光像元區(qū)14嚴(yán)格分開(kāi)。
本發(fā)明裝置得以有效實(shí)施的關(guān)鍵條件在于①空間不同測(cè)試點(diǎn)的激發(fā)光能量密度相同；②采集光纖端面相對(duì)于測(cè)試點(diǎn)的空間位置相同；③在滿足①和②條件下，對(duì)于同一樣品的不同測(cè)試點(diǎn)，光電傳感器采集的光譜信號(hào)強(qiáng)度和形狀相同。
為達(dá)到條件①的要求，可通過(guò)調(diào)整圖1中的光分束鏡2、3和三個(gè)聚焦透鏡4，用光功率計(jì)在激發(fā)光纖5的另一端測(cè)量輸出光功率，使三個(gè)輸出端的光功率相等；此外，調(diào)整定位套筒7，使激發(fā)光纖的三個(gè)輸出端到檢測(cè)樣品面的距離相等。由于使用的激發(fā)光纖相同，有同樣的數(shù)值孔徑，因此，樣品上被激發(fā)光照亮的光斑大小相同，即被測(cè)試點(diǎn)的激發(fā)光能量密度相同。
條件②要靠光纜加工質(zhì)量保證，使采集光纖9均勻地排列在激發(fā)光纖5周圍，端面均在同一平面；調(diào)整定位套筒7，使激發(fā)光纖的三個(gè)輸出端到樣品面的距離相等，這樣來(lái)保證樣品上的光斑對(duì)采集光纖端面有相同的立體張角。
在達(dá)到①和②條件要求情況下，將三個(gè)激發(fā)采集頭置于同一標(biāo)準(zhǔn)樣品的三個(gè)不同點(diǎn)(這里要求標(biāo)準(zhǔn)樣品不同點(diǎn)出的熒光效率是相同的)，調(diào)整采集光纖調(diào)整套筒11在套筒光闌10中的軸向位置，使光電傳感器13上的三組曝光像元區(qū)14嚴(yán)格分開(kāi)，并且保持光譜強(qiáng)度相等。
光譜檢測(cè)時(shí)，分別將光電傳感器13上三個(gè)區(qū)域縱向像元探測(cè)的強(qiáng)度相加，即得到三個(gè)測(cè)試點(diǎn)在相應(yīng)波長(zhǎng)的強(qiáng)度。由于光譜儀在水平方向有分光作用，因此空間(縱向)分開(kāi)的三束光在水平方向也是按波長(zhǎng)分開(kāi)的。
權(quán)利要求
1.一種空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置，其特征在于包括激發(fā)光耦合、激發(fā)采集探頭和熒光采集耦合三部分，激光器(1)輸出的激光束經(jīng)光分束鏡(2、3)分束后得到光功率相等的光束，分別經(jīng)聚焦透鏡(4)耦合入石英激發(fā)光纖(5)，激發(fā)光纖(5)輸出端周圍均勻環(huán)繞熒光采集光纖(9)，組成激發(fā)采集探頭(6)，探頭(6)外套以定位套筒(7)，每組采集光纖(9)排成線陣，插入采集光纖調(diào)整套筒(11)中，外面套以套筒光闌(10)使采集光纖(9)對(duì)準(zhǔn)光譜儀狹縫(12)，光譜儀出射光焦平面上放置光電傳感器(13)。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置，其特征在于光分束鏡(2、3)的透過(guò)率分別為T2＝33.3％，T3＝50％，其平面與激光束夾角為45°，激光器(1)輸出的激光束光功率為P0，經(jīng)過(guò)光分束鏡(2)和光分束鏡(3)得到的光功率為P0/3。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置，其特征在于光分束鏡(2、3)的透過(guò)率T與反射率R之和為1。
全文摘要
一種空間多通道激光誘導(dǎo)熒光同步檢測(cè)的光纖耦合裝置,激光器輸出的激光束經(jīng)光分束鏡和聚焦透鏡等功率地耦合入激發(fā)光纖,激發(fā)光纖的輸出端周圍均勻環(huán)繞等數(shù)量的熒光采集光纖組成激發(fā)采集探頭并套以定位套筒,熒光采集光纖排列成線陣置于套筒光闌中并對(duì)準(zhǔn)光譜儀狹縫,光譜儀出射光焦平面上放置光電傳感器。本發(fā)明可以同時(shí)保證空間不同的激光誘導(dǎo)熒光測(cè)量點(diǎn)的測(cè)試條件相同,包括測(cè)量點(diǎn)的激發(fā)光能量密度相同、熒光采集空間立體角相同和在相同樣本條件下的熒光光譜強(qiáng)度相同,可以解決生物、醫(yī)學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程中熒光物質(zhì)的同步參照檢測(cè)問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1389722SQ02136100
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者于常青, 趙海鷹, 方為軍, 竇曉鳴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)