[发明专利]一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置

说明书

本发明是一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置，属于微型光谱仪装置的改进和创新技术领域。该装置包括用于支撑和散热的金属底座、用于保护和密封的金属外壳、用于光纤输入的光接口、用于端面耦合的单纤尾纤、用于分光的波导阵列光栅芯片、用于导热的铜片、半导体制冷器、CCD探测器、用于连接CCD探测器和半导体制冷器的电接口。分析复色光通过光接口，由单纤进入光栅阵列波导芯片进行分光，直接由CCD探测器探测分析，形成光谱。该装置大大减小了光谱仪的尺寸，实现了高精度的分光，可用于可穿戴设备的开发。采用一体化封装，结构更加紧凑。该装置体积小，精度高，价格低，模块化组装，可用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置，属于微型光谱仪装置的改进和创新。

背景技术

随着光谱学的发展，光谱仪广泛应用于我们生活的各个方面，无论是食品安全检测、矿石煤炭分析、环境监测，还是疾病诊断、生命科学分析等，都离不开光谱仪的身影。传统的商用光谱仪大都为大型的体光学光谱仪，普遍存在价格昂贵、结构复杂、体积庞大等特点。传统的微型光谱仪虽然在一定程度上减小了体积，便于携带，但复杂的光路设计带来了各种杂散光的影响，且精度不高。

本发明的一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置，采用阵列波导光栅芯片作为分光器件，减少了复杂的光路设计，大大减小了光谱仪的尺寸，实现了高精度的分光，用于可穿戴设备的开发。采用阵列波导光栅芯片和CCD探测器的一体化封装，结构更加紧凑。采用半导体制冷器补偿环境温度的变化，保证阵列波导光栅芯片精密工作。该装置体积小，精度高，价格低，模块化组装，可用于大规模生产。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提出一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置。该装置采用阵列波导光栅芯片作为分光器件，大大减小了光谱仪的尺寸，实现了高精度的分光，用于可穿戴设备的开发；采用阵列波导光栅芯片和CCD探测器的一体化封装，结构更加紧凑；采用半导体制冷器补偿环境温度变换，保证阵列波导光栅芯片精密工作。

本发明的技术解决方案是：

1、该装置采用阵列波导光栅芯片作为分光器件，减少复杂的光路设计，波导芯片的材料不限于二氧化硅波导、硅波导、氮化硅波导、氮氧化硅波导和聚合物波导等类型。

2、该装置采用半导体制冷器补偿环境温度变化，阵列波导光栅芯片采用热膨胀系数一致的导热硅胶安装在导热铜片上，导热铜片通过导热硅脂安装在半导体制冷器上，半导体制冷器通过导热硅脂安装在金属底座上，导热铜片加工有螺纹孔，可安装在金属底座上。

3、该装置采用阵列波导光栅芯片和CCD探测器直接耦合封装，开窗的CCD探测器窗口高度刚好契合阵列波导光栅，通过光学紫外胶对准粘接。

4、该装置金属外壳加工有光接口和电接口，光接口为输入复色光的光纤接口，电接口为CCD探测器和半导体制冷器的驱动供电连接接口，金属底座加工有散热翅，金属底座和金属外壳采用螺钉旋紧，并用环氧树脂胶进行密封。

本发明的有益效果是：

1、该装置采用阵列波导光栅芯片作为分光器件，减少了复杂的光路设计，大大减小了光谱仪的尺寸，实现了高精度的分光，用于可穿戴设备的开发；

2、该装置采用半导体制冷器补偿环境温度的变换，保证阵列波导光栅芯片精密工作；

3、该装置采用阵列波导光栅芯片和CCD探测器直接耦合封装，更加紧凑，结构一体化；

4、该装置采用装有光接口和电接口的金属外壳，兼具散热和保护功能，方便安装集成，功能一体化；

附图说明

图1为本发明的一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置示意图；

图2为本发明的一种基于阵列波导光栅的微型光谱仪装置三维图；