[发明专利]一种基于平面光波导平台的微型光谱仪及其制作方法

说明书

本发明是一种基于平面光波导平台的微型光谱仪及其制作方法。该光谱仪包括用于限制光传播的包覆层和芯层、用于连接光纤的光纤耦合接口、用于反射的凹面反射镜、用于分光且刻画在光波导平台上的反射光栅、CCD探测器。分析复色光通过光纤耦合接口，由反射镜反射进入光栅进行分光，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，可用于小型设备的开发。采用一体化封装，结构更加紧凑。该装置体积小，精度高，模块化组装，可用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及微型光谱仪，具体是一种基于平面光波导平台的微型光谱仪。

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、水质检测、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。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提出一种基于平面光波导平台的微型光谱仪。该光谱仪体积小，精度高，价格低，模块化组装，可用于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于平面光波导平台的微型光谱仪，包括光波导平台，所述光波导平台包括：

一芯层；

两层包覆层，与所述芯层通过紫外压印组装在一起，光在芯层传播；

所述芯层上与包覆层接触的两个表面镀有起反射作用限制光在芯层传播的材料；

所述光波导平台上加工有：

光纤耦合接口；

反射光栅；

凹面反射镜；

CCD探测器；

分析复色光通过所述光纤耦合接口进入所述芯层，由凹面反射镜反射进入反射光栅进行分光，反射光栅用于将从凹面反射镜接收到的特定波长范围内的复色光分解为不同的单色光输出，使不同波长的光以固定间距聚焦在CCD探测器上，直接由CCD探测器探测分析，形成光谱。

所述起反射作用限制光在芯层传播的材料为铝或金。

所述反射光栅直接刻画制造在光波导平台上。

所述反射光栅具有非均匀性间距，这些不均匀间距用于根据不同波长以固定间隔将光聚焦在所述CCD探测器上。

本发明进一步公开了一种所述基于平面光波导平台的微型光谱仪的制作方法，包括以下步骤：

S1、制作平面光波导平台的原始模具，厚度为500μm的金属原始模具，其为芯层（2）的厚度；

S2、然后通过复制成型工艺，使用金属原始模具精确复制PDMS印章，厚度约为10mm；

S3、将UV树脂滴入并填充到带有芯层图案的PDMS印章中，UV树脂在氮气环境中以110 mJ/cm²的紫外线照射60 s后固化制成芯层，在芯层上与包覆层接触的两个表面镀一层起反射作用限制光在芯层传播的材料；

S4、制作包覆层，厚度同样为500μm；

S5、将制作好的包覆层和芯层层压在一起，制成光波导平台；

S6、将CCD探测器和凹面反射镜采用光学紫外胶粘接在所述光波导平台上；光纤耦合接口熔接在所述光波导平台上；

在平面光波导平台上通过光刻方法刻画一系列锯齿状间距不均匀的斜槽，再镀上一层铝膜或金膜，形成所述反射光栅。

所述芯层材料为UV树脂、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和聚合物中的任意一种。

所述包覆层材料为UV树脂、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和聚合物中的任意一种。

有益效果：