专利名称：基于阵列波导干涉器的分光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于阵列波导干涉器的分光器，适用于材料、化工、生物、医学、环保、航空航天遥感测量等领域，尤其适用于光谱检测领域。
背景技术：
分光器的作用是把波长分布范围非常宽的复合光分解成波长不同的各种单色光或准单色光。分光器是光谱仪的核心，一台光谱仪的性能水平直接取决于所采用的分光器。根据应用领域、仪器结构、工作原理的不同，光谱检测仪可以分为很多类型，如反射光谱仪、透射光谱仪、荧光光谱仪、激光光谱仪、喇曼光谱仪、紫外光谱仪、可见光光谱仪、红外光谱仪等等。分光器的作用相当于用一个波长范围非常窄的窗口对信号光进行过滤，波长落在该窗口范围内的光信号被分离出，而窗口外的光信号则被挡住。该窗口越窄，仪器波长分辨率越高。另外一些光谱仪，例如激光光谱仪，则是用波长分布非常窄的光直接照明被测样品，该照明光的波长分布范围越窄，仪器波长分辨率越高。除了波长分辨率，光谱仪能够检测的最大波长范围则是仪器的另外一个重要指标。一般而言，仪器波长分辨率越高，波长检测范围越宽，仪器造价越高。目前常用分光器包括三棱镜、光栅、F-P干涉器、光学滤色片等，由这些分光器构成的光谱仪的结构尺寸一般都较大，特别是对那些波长分辨率高的仪器。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于阵列波导干涉器的分光器，该分光器波长分辨率高、波长检测范围宽、结构尺寸小。
为达到上述目的，本实用新型采用阵列波导干涉器作为分光元件，并通过压电、热膨胀、机械挤压等来连续改变阵列波导干涉器的中心波长以实现波长扫描，或者通过集成一系列阵列波导干涉器，在一定的波长范围内对一系列的特定波长进行波长抽样分离。阵列波导干涉器是一种新型光集成干涉器，它包括输入光波导、输出光波导和耦合光波导阵列。从输入光波导输入的光波分别经过耦合光波导阵列中不同的光波导，耦合输出到输出光波导。由于光波分别经过耦合光波导阵列中不同光波导耦合到输出光波导时，具有不同的光程，因此只有非常窄的一个波长范围内的光波才能满足干涉极大条件，从输出光波导输出，该波长范围的宽度即反映了阵列波导干涉器的波长分辨率，该波长范围的中心波长称为该阵列波导干涉器的中心波长。而光程是光路的几何长度与折射率的乘积，当通过压电、热膨胀、机械挤压等来改变光波导的几何尺寸时，就会改变阵列波导干涉器的中心波长。当然也可通过集成一系列中心波长不同的阵列波导干涉器，在一定的波长范围内对一系列特定波长进行抽样光谱检测。由于阵列波导干涉器的中心波长仅与其内部结构有关，当采用多个中心波长不同的阵列波导干涉器时，可以使单台光谱仪的光谱检测范围覆盖紫外、可见光、红外等非常宽的一个波长范围。同时由于采用光集成技术，体积小，批量制作成本低，这是一般的光谱仪很难达到的。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果首先由于采用阵列波导干涉器进行分光，因此具有非常高的波长分辨率，而且它具有模块式结构，多个阵列波导干涉器可以串联起来，实现宽波长范围内的分光检测，同时阵列波导干涉器可采用光集成技术制作，体积小，批量生产成本低。
图1是阵列波导干涉器的工作原理图。
图2和图3是利用图1中的阵列波导干涉器构造的两种不同形式的分光器，其中图2是扫描式基于阵列波导干涉器的分光器的结构示意图，图3是抽样式基于阵列波导干涉器的分光器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
根据图1可知，阵列波导干涉器由输入光波导Gin、输出光波导Gout和阵列光波导G1、G2、G3、…GN-1、GN组成。光波λ1、λ2、…λN由输入光波导Gin的输入端口P1输入，经阵列光波导G1、G2、G3、…GN-1、GN耦合到输出光波导Gout，由于光波经过阵列光波导中不同光波导耦合到输出光波导Gout时，彼此之间存在光程差，这样只有λi、λj分别满足干涉极大条件，分别从输出端口P2和P3输出，剩下的光波从输出端口P4输出。由于单个阵列波导干涉器可以集成成千上万根光波导G1、G2、G3、…GN-1、GN，因此可以实现很高的波长分辨率。
根据图2可知，扫描式基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是由阵列波导干涉器A0和可伸缩的基片S0组成，阵列波导干涉器A0制作在基片S0上，分光前的宽波长范围光波λ从阵列波导干涉器A0的输入光波导的端口P1输入，分光后的光波λi和λj分别从阵列波导干涉器A0的输出端口P2和/或输出端口P3输出。通过压电效应、热膨胀、机械挤压等手段沿图中箭头F所指方向使基片S0发生连续拉伸形变，将改变阵列波导干涉器内部的几何尺寸结构参数，使λi和λj在一定波长范围内扫描。如果输入光波λ来自被测样品，分离后的光波λi或λj可直接送光电检测器进行光谱检测。如果输入光波λ来自一个宽波长范围光源，则分离后的光波λi或λj可作为单色光源照射被测样品，然后由光电检测器进行光谱检测。
根据图3可知，抽样式基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是由输出波长不同的阵列波导干涉器A1、A2、…、AN和基片S1组成，阵列波导干涉器A1、A2、…、AN制作在基片S1上，并共用光波导G作为输入光波导。分光前的宽波长范围光波λ从输入光波导G的端口O输入，分光后的光波λ1i、λ1j、λ2i、λ2j、…、λNi、λNj分别从阵列波导干涉器A1、A2、…、AN各自的输出端口P12、P13、P22、P23…、PN2、PN3输出。分光后的光波λ1i、λ1j、λ2i、λ2j…、λNi、λNj可直接逐一送光电检测器进行抽样光谱检测。
综合图2和图3可知，基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是把阵列波导干涉器A0制作在可伸缩的基片S0上实现波长扫描式分光，或把输出波长不同的阵列波导干涉器A1、A2、…、AN串联起来实现波长抽样式分光。
权利要求1.一种基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是把阵列波导干涉器(A0)制作在可伸缩的基片(S0)上实现波长扫描式分光，或把输出波长不同的阵列波导干涉器(A1)、(A2)、(AN)串联起来实现波长抽样式分光。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是由阵列波导干涉器(A0)和可伸缩的基片(S0)组成，分光前的宽波长范围光波(λ)从阵列波导干涉器(A0)的输入光波导的端口(P1)输入，分光后的光波(λi)和(λj)分别从阵列波导干涉器(A0)的输出端口(P2)和输出端口(P3)输出。
3.根据权利要求1所述的一种基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是阵列波导干涉器(A1)、(A2)、(AN)制作在基片(S1)上，并共用光波导(G)作为输入光波导，分光前的宽波长范围光波(λ)从输入光波导(G)的端口(0)输入，分光后的光波(λ1i)、(λ1j)、(λ2i)、(λ2j)、(λNi)、(λNj)分别从阵列波导干涉器(A1)、(A2)、(AN)各自的输出端口(P12)、(P13)、(P22)、(P23)、(PN2)、(PN3)输出。
专利摘要本实用新型公开了一种基于阵列波导干涉器的分光器，其特征是采用阵列波导干涉器A
文档编号G01J3/00GK2544297SQ02229438
公开日2003年4月9日 申请日期2002年5月17日 优先权日2002年5月17日
发明者李志扬 申请人:李志扬