中紅外空心光纖atr耦合探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種在體檢測生物組織和靈活監(jiān)測化學(xué)反應(yīng)的紅外光譜測量方法及 其專用裝置，屬于生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)、分子光譜測定及裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 衰減全反射（attenuatedtotalreflection)技術(shù)是光譜測試中新的應(yīng)用較廣 泛的紅外光譜測量技術(shù)。衰減全反射技術(shù)具有制樣與清洗簡單，無需預(yù)處理，不破壞樣品， 可測定少量含水和小顆粒樣品，可消除光散射等因素影響，所測得的紅外光譜質(zhì)量高，不存 在干涉條紋，特征譜帶清晰不變形等優(yōu)點(diǎn)（化學(xué)計(jì)量學(xué)方法與分子光譜分析技術(shù)，褚小立， 化學(xué)工業(yè)出版社，第一版，196-203, 208-210)。隨著傅里葉紅外光譜儀的發(fā)展和廣泛應(yīng)用， 這種技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)常使用的紅外樣品測試的重要手段，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物醫(yī)學(xué)、石 化、材料、農(nóng)林業(yè)、環(huán)境等多領(lǐng)域的定量和定性分析。
[0003] ATR附件由光導(dǎo)入部件、ATR晶體、光導(dǎo)出部件等幾個(gè)部件組成。現(xiàn)有的ATR測量 附件缺少靈活的光導(dǎo)入、導(dǎo)出部件，常用在中紅外范圍的（鹵化銀）多晶光纖和硫化玻璃光 纖都有一定的測量缺陷：硫化玻璃光纖對中紅外光譜傳輸范圍較窄并含有毒性；鹵化銀多 晶光纖則因其材料的感光特性而具有較差的化學(xué)穩(wěn)定性。并且，ATR晶體探頭幾何尺寸較 大，很難達(dá)到我們要求的活體檢測甚至在線和實(shí)時(shí)測量的要求，而在目前生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中 采用紅外波導(dǎo)傳感器技術(shù)通過插入活檢針或?qū)Ч艿姆椒ㄟM(jìn)行在線和實(shí)時(shí)測量，以實(shí)現(xiàn)可視 信息和紅外光譜數(shù)據(jù)結(jié)合在一起用于微創(chuàng)醫(yī)學(xué)（內(nèi)窺鏡）和開放手術(shù)，進(jìn)而獲得更豐富的 組織信息的理念和技術(shù)恰是21世紀(jì)兩種極具吸引力的理念和手術(shù)技術(shù)（一種高光通量紅 夕卜ATR探頭，CN104062009A;-種檢測生物體組織紅外光譜的方法和裝置，CN1397794A;U Bindig,GMuller,Fibre-opticlaser-assistedinfraredtumourdiagnostics(FLAIR). JPhysD:ApplPhys2005 ；38,2716 - 2731)〇
[0004] 空心光纖具有無毒性和高的柔韌性及化學(xué)穩(wěn)定性，若在其內(nèi)壁鍍上金 屬膜，則光在其中傳播和反射時(shí)損耗較低且傳輸速率較高（C.Huang，S.Kino,T.Katagiri,etal,RemoteFouriertransform-infraredspectralimagingsystemwith hollow-opticalfiberbundle.ApplOpt2012 ;51, 6913-6916)。ATR晶體探頭可以極大 地提高光譜成像的空間分辨率且能夠有效地消除信息采集時(shí)的各類光散射和鏡面反射等 光學(xué)假象以及水分對紅外光譜的影響。因此，通過采用空心光纖和晶體探頭耦合的方法來 進(jìn)行衰減全反射測量可以很好的實(shí)現(xiàn)活體或在線實(shí)時(shí)檢測的要求，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)O具 應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種操作靈活、方便，適于在體檢測或活體檢測的中紅外空心光纖 ATR耦合探頭，擴(kuò)大ATR光譜測量技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種中紅外ATR光纖耦合探頭，其特征在于：
[0007] 包括ATR晶體探頭、入射光纖、出射光纖、手柄套、雙光纖保護(hù)層、單光纖保護(hù)層、 連接套、入射光纖跳線、出射光纖跳線；
[0008] 所述ATR晶體探頭由ZnSe晶體材料制成，外形為削去錐尖的截頭圓錐柱，即后段 為圓柱，前段為截頭圓錐；梯形的底部錐角為45-71°，上錐面直徑為0. 5-lmm;
[0009] 所述入射光纖和出射光纖前段并在一起并通過所述雙光纖保護(hù)層包裹；所述入射 光纖和出射光纖前端與ATR晶體探頭耦合；
[0010] 所述入射光纖和出射光纖后段分開并分別用單光纖保護(hù)層包裹；所述入射光纖和 出射光纖末端分別連接入射光纖跳線、出射光纖跳線；
[0011] 所述連接套包裹在所述入射光纖和出射光纖分開處，且連接套一直搭接到雙光纖 保護(hù)層和單光纖保護(hù)層上；
[0012] 所述手柄套安裝在入射光纖和出射光纖前段且包裹住ATR晶體探頭的后段；
[0013] 所述ATR晶體探頭的下錐面直徑為20?2. 10,0為入射、出射光纖的直徑，單位為 毫米；
[0014] 所述入射光纖、出射光纖為中紅外空心光纖，波長范圍為2. 9ym-10. 6ym。
[0015] 作為優(yōu)選，所述的ATR晶體探頭為ZnSe晶體，底部錐角為70°，上錐面與下錐面直 徑分別為 0. 75mm、2. 5mm。
[0016] 作為優(yōu)選，所述入射和出射光纖采用HWEA7501200型號的中紅外空心光纖，其內(nèi) 徑、玻璃層外徑和緩沖層外徑分別為750ym、950ym和1200ym。該型號中紅外空心光纖直 線及彎曲最大損耗損耗分別為ldB/m和1. 5dB。
[0017] 采用了中紅外空心光纖，具有無毒性和高的柔韌性及化學(xué)穩(wěn)定性，能夠?qū)⒓t外光 靈活的引出，同時(shí)又能保證紅外光在傳輸過程中較低的光損耗，提高了獲得紅外光譜的質(zhì) 量。
[0018] 采用了以ZnSe晶體為材料的ATR晶體探頭，既具有較高的折射率以保證實(shí)現(xiàn)衰減 全反射又維持了對于樣品的較深的穿透深度，可獲得更深層的樣品紅外光譜信息。
[0019] ATR晶體探頭尺寸設(shè)計(jì)合理，使盡可能多的紅外光在晶體表面全反射并被最大程 度的接收，提高了紅外光的利用率；晶體探頭上錐面足夠小，有利于實(shí)現(xiàn)小面積單點(diǎn)探測和 原位測量，提高光譜探測的精準(zhǔn)度。
[0020] 該耦合探頭或技術(shù)采用中紅外空心光纖及便攜式手柄將紅外光引出以方便對樣 品進(jìn)行檢測，并通過選用合適尺寸和材料的ATR晶體探頭和中紅外空心光纖耦合，在實(shí)現(xiàn) 在體檢測或活體檢測的條件下，最大程度的保證紅外光在傳輸過程中較低的光損失，使盡 可能多的紅外光在ATR探頭上發(fā)生衰減全反射同時(shí)也能被最大程度接收，獲得較深位置的 光譜信息，提高所測紅外光譜質(zhì)量，使衰減全反射技術(shù)更好地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0021] 圖1 :本發(fā)明實(shí)施的中紅外空心光纖ATR耦合探頭整體結(jié)構(gòu)圖；圖中標(biāo)號名稱： 1.ATR晶體探頭；2-1.入射光纖；2-2.出射光纖；3.手柄套；4.雙光