專利名稱：基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，適用于材料、化工、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、航空航天遙感測量等領(lǐng)域，尤其適用于光譜檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分光器的作用是把波長分布范圍非常寬的復(fù)合光分解成波長不同的各種單色光或準(zhǔn)單色光。分光器是光譜儀的核心，一臺(tái)光譜儀的性能水平直接取決于所采用的分光器。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、儀器結(jié)構(gòu)、工作原理的不同，光譜檢測儀可以分為很多類型，如反射光譜儀、透射光譜儀、熒光光譜儀、激光光譜儀、喇曼光譜儀、紫外光譜儀、可見光光譜儀、紅外光譜儀等等。分光器的作用相當(dāng)于用一個(gè)波長范圍非常窄的窗口對信號(hào)光進(jìn)行過濾，波長落在該窗口范圍內(nèi)的光信號(hào)被分離出，而窗口外的光信號(hào)則被擋住。該窗口越窄，儀器波長分辨率越高。另外一些光譜儀，例如激光光譜儀，則是用波長分布非常窄的光直接照明被測樣品，該照明光的波長分布范圍越窄，儀器波長分辨率越高。除了波長分辨率，光譜儀能夠檢測的最大波長范圍則是儀器的另外一個(gè)重要指標(biāo)。一般而言，儀器波長分辨率越高，波長檢測范圍越寬，儀器造價(jià)越高。目前常用分光器包括三棱鏡、光柵、F-P干涉器、光學(xué)濾色片等，由這些分光器構(gòu)成的光譜儀的結(jié)構(gòu)尺寸一般都較大，特別是對那些波長分辨率高的儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，該分光器波長分辨率高、波長檢測范圍寬、結(jié)構(gòu)尺寸小。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用陣列波導(dǎo)干涉器作為分光元件，并通過壓電、熱膨脹、機(jī)械擠壓等來連續(xù)改變陣列波導(dǎo)干涉器的中心波長以實(shí)現(xiàn)波長掃描，或者通過集成一系列陣列波導(dǎo)干涉器，在一定的波長范圍內(nèi)對一系列的特定波長進(jìn)行波長抽樣分離。陣列波導(dǎo)干涉器是一種新型光集成干涉器，它包括輸入光波導(dǎo)、輸出光波導(dǎo)和耦合光波導(dǎo)陣列。從輸入光波導(dǎo)輸入的光波分別經(jīng)過耦合光波導(dǎo)陣列中不同的光波導(dǎo)，耦合輸出到輸出光波導(dǎo)。由于光波分別經(jīng)過耦合光波導(dǎo)陣列中不同光波導(dǎo)耦合到輸出光波導(dǎo)時(shí)，具有不同的光程，因此只有非常窄的一個(gè)波長范圍內(nèi)的光波才能滿足干涉極大條件，從輸出光波導(dǎo)輸出，該波長范圍的寬度即反映了陣列波導(dǎo)干涉器的波長分辨率，該波長范圍的中心波長稱為該陣列波導(dǎo)干涉器的中心波長。而光程是光路的幾何長度與折射率的乘積，當(dāng)通過壓電、熱膨脹、機(jī)械擠壓等來改變光波導(dǎo)的幾何尺寸時(shí)，就會(huì)改變陣列波導(dǎo)干涉器的中心波長。當(dāng)然也可通過集成一系列中心波長不同的陣列波導(dǎo)干涉器，在一定的波長范圍內(nèi)對一系列特定波長進(jìn)行抽樣光譜檢測。由于陣列波導(dǎo)干涉器的中心波長僅與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)采用多個(gè)中心波長不同的陣列波導(dǎo)干涉器時(shí)，可以使單臺(tái)光譜儀的光譜檢測范圍覆蓋紫外、可見光、紅外等非常寬的一個(gè)波長范圍。同時(shí)由于采用光集成技術(shù)，體積小，批量制作成本低，這是一般的光譜儀很難達(dá)到的。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果首先由于采用陣列波導(dǎo)干涉器進(jìn)行分光，因此具有非常高的波長分辨率，而且它具有模塊式結(jié)構(gòu)，多個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器可以串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)寬波長范圍內(nèi)的分光檢測，同時(shí)陣列波導(dǎo)干涉器可采用光集成技術(shù)制作，體積小，批量生產(chǎn)成本低。


圖1是陣列波導(dǎo)干涉器的工作原理圖。
圖2和圖3是利用圖1中的陣列波導(dǎo)干涉器構(gòu)造的兩種不同形式的分光器，其中圖2是掃描式基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是抽樣式基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
根據(jù)圖1可知，陣列波導(dǎo)干涉器由輸入光波導(dǎo)Gin、輸出光波導(dǎo)Gout和陣列光波導(dǎo)G1、G2、G3、…GN-1、GN組成。光波λ1、λ2、…λN由輸入光波導(dǎo)Gin的輸入端口P1輸入，經(jīng)陣列光波導(dǎo)G1、G2、G3、…GN-1、GN耦合到輸出光波導(dǎo)Gout，由于光波經(jīng)過陣列光波導(dǎo)中不同光波導(dǎo)耦合到輸出光波導(dǎo)Gout時(shí)，彼此之間存在光程差，這樣只有λi、λj分別滿足干涉極大條件，分別從輸出端口P2和P3輸出，剩下的光波從輸出端口P4輸出。由于單個(gè)陣列波導(dǎo)干涉器可以集成成千上萬根光波導(dǎo)G1、G2、G3、…GN-1、GN，因此可以實(shí)現(xiàn)很高的波長分辨率。
根據(jù)圖2可知，掃描式基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是由陣列波導(dǎo)干涉器A0和可伸縮的基片S0組成，陣列波導(dǎo)干涉器A0制作在基片S0上，分光前的寬波長范圍光波λ從陣列波導(dǎo)干涉器A0的輸入光波導(dǎo)的端口P1輸入，分光后的光波λi和λj分別從陣列波導(dǎo)干涉器A0的輸出端口P2和/或輸出端口P3輸出。通過壓電效應(yīng)、熱膨脹、機(jī)械擠壓等手段沿圖中箭頭F所指方向使基片S0發(fā)生連續(xù)拉伸形變，將改變陣列波導(dǎo)干涉器內(nèi)部的幾何尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)，使λi和λj在一定波長范圍內(nèi)掃描。如果輸入光波λ來自被測樣品，分離后的光波λi或λj可直接送光電檢測器進(jìn)行光譜檢測。如果輸入光波λ來自一個(gè)寬波長范圍光源，則分離后的光波λi或λj可作為單色光源照射被測樣品，然后由光電檢測器進(jìn)行光譜檢測。
根據(jù)圖3可知，抽樣式基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是由輸出波長不同的陣列波導(dǎo)干涉器A1、A2、…、AN和基片S1組成，陣列波導(dǎo)干涉器A1、A2、…、AN制作在基片S1上，并共用光波導(dǎo)G作為輸入光波導(dǎo)。分光前的寬波長范圍光波λ從輸入光波導(dǎo)G的端口O輸入，分光后的光波λ1i、λ1j、λ2i、λ2j、…、λNi、λNj分別從陣列波導(dǎo)干涉器A1、A2、…、AN各自的輸出端口P12、P13、P22、P23…、PN2、PN3輸出。分光后的光波λ1i、λ1j、λ2i、λ2j…、λNi、λNj可直接逐一送光電檢測器進(jìn)行抽樣光譜檢測。
綜合圖2和圖3可知，基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是把陣列波導(dǎo)干涉器A0制作在可伸縮的基片S0上實(shí)現(xiàn)波長掃描式分光，或把輸出波長不同的陣列波導(dǎo)干涉器A1、A2、…、AN串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)波長抽樣式分光。
權(quán)利要求1.一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是把陣列波導(dǎo)干涉器(A0)制作在可伸縮的基片(S0)上實(shí)現(xiàn)波長掃描式分光，或把輸出波長不同的陣列波導(dǎo)干涉器(A1)、(A2)、(AN)串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)波長抽樣式分光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是由陣列波導(dǎo)干涉器(A0)和可伸縮的基片(S0)組成，分光前的寬波長范圍光波(λ)從陣列波導(dǎo)干涉器(A0)的輸入光波導(dǎo)的端口(P1)輸入，分光后的光波(λi)和(λj)分別從陣列波導(dǎo)干涉器(A0)的輸出端口(P2)和輸出端口(P3)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是陣列波導(dǎo)干涉器(A1)、(A2)、(AN)制作在基片(S1)上，并共用光波導(dǎo)(G)作為輸入光波導(dǎo)，分光前的寬波長范圍光波(λ)從輸入光波導(dǎo)(G)的端口(0)輸入，分光后的光波(λ1i)、(λ1j)、(λ2i)、(λ2j)、(λNi)、(λNj)分別從陣列波導(dǎo)干涉器(A1)、(A2)、(AN)各自的輸出端口(P12)、(P13)、(P22)、(P23)、(PN2)、(PN3)輸出。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于陣列波導(dǎo)干涉器的分光器，其特征是采用陣列波導(dǎo)干涉器A
文檔編號(hào)G01J3/00GK2544297SQ02229438
公開日2003年4月9日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者李志揚(yáng) 申請人:李志揚(yáng)