br>[0029]图2A及图2B分别是图1中所述中空纤维波导的俯视图及侧视图；
[0030]图3是根据本发明的教导而构建及运行的一辐射源的第一实施例的侧视图，此处与一椭球面反射镜一起显不;
[0031]图4是根据本发明的教导而构建及运行的一辐射源的第二实施例的侧视图；
[0032]图5是根据本发明的教导而构建及运行的一内锥形实心纤维输入辐射采集器元件的第一优选实施例的侧视图，此处与一平面一起显示；
[0033]图6是根据本发明的教导而构建及运行的一内锥形实心纤维输入辐射采集器元件的第二优选实施例的侧视图，此处与一透镜面一起显示；
[0034]图7是表示用于与本发明的一混合ATR光纤探针装置一起使用的一系统的框图；以及，
[0035]图8是结合本发明的一混合ATR光纤探针装置的一小型化探针系统的框图。
【具体实施方式】
[0036]本发明是一种混合衰减全反射(ATR)光纤探针装置。此外，一种用于将一实心光纤芯端附加于中空纤维波导中的方法。
[0037]根据本发明，参考附图并结合说明将更好地理解一种混合衰减全反射(ATR)光纤探针装置的原理及运行以及用于将一固体光芯端附加于中空纤维波导的方法。
[0038]通过介绍，本发明的一个目的在于提供一种从各种物理形态及状态的样品中获取光谱的便捷方法，利用包含一混合光纤探针的组件以向所述样品传输来自于一源的辐射并向所述检测器传输来自于所述样品的辐射。
[0039]本发明的所述混合ATR光纤探针尤其适合于促进生物组织、固体材料、液体、水溶液、凝胶、泥、乳膏、油及悬浮液及其类似物的光谱(光谱特征)测定，并且，本发明的所述混合ATR光纤探针可以被用于测定光谱特征的各种应用，包括医疗、制药，以及，例如但不限于监测水质量的环境应用。
[0040]凭借衰减全反射(ATR)并利用可互换的ATR头/端，从所述样品获取所述光谱特征。
[0041]为了创建所述ATR元件，所述光纤的包覆被去除而其芯被放置为与所述样品直接接触。当光线在所述芯-样品的界面处经历全内反射时，芯内光波的一些能量渗透入所述样品一极短距离。这种隐矢波的能量流与所述芯的表面平行，并与芯内主能量流的方向一致；因此，吸收特定波长辐射的任意材料会消耗所述隐矢波的能量。
[0042]所述混合ATR探针在电磁频谱的宽泛范围内是可运行的，诸如但不限于紫外、可见光及红外，用以原位感测一样品中辐射的吸收。
[0043]使用建议的耦合配置，则不需要使用大尺寸光学元件(例如昂贵的金刚石ATR元件)。因此，所述探针的直径及价格可以大幅降低，同时，制得的探针将更柔软并可用于例如内窥镜。
[0044]现在参考附图，图1所示的是一 ATR探针2的一优选实施例，所述ATR探针2具有一仅为芯的实心光纤探针端20，所述仅为芯的实心光纤探针端20附加于一输入中空纤维波导10和一输出中空纤维波导12。可以理解的是，辐射被引入并穿过所述输入中空纤维波导10、进入并穿过所述仅为芯的实心光纤探针端20，并随后进入并穿过所述输出中孔纤维波导12。因此，所述输入中空纤维波导10配置有一输入端10a和一输出端10b，所述输入端10a用于接收辐射，所述输出端10b用于与所述仅为芯的实心光纤探针端20的输入端20a相互连接。同样地，所述仅为芯的实心光纤探针端20配置有一输出端20b，所述输出端20b用于与所述输出中空纤维波导12的输入端12a相互连接，所述输出中空纤维波导12还包括一输出端12b，所述输出端12b用于将福射发送至一用于解译(interpretat1n)输出辐射的检测器系统。
[0045]如此处阐明的，所述ATR端可以耦合至所述中空波导10及中空波导12而不使用额外的光学或机械定位装置。
[0046]正因为如此，可以这样理解本发明区别于现有技术的一特征:所述仅为芯的实心光纤探针端20的一外直径及所述输入中空纤维波导10和输出中空纤维波导12的内直径是这样的:所述中空纤维波导10及中空纤维波导12与所述仅为芯的实心光纤探针端20之间的相互连接都是依靠将所述仅为芯的实心光纤探针端的所述输入端20a插入所述输入中空纤维波导10的所述输出端10b内并将所述仅为芯的实心光纤探针端20的所述输出端20b插入所述输出中孔纤维波导12的所述输入端12a，这样，所述仅为芯的实心光纤探针端20依靠摩擦力被保持在所述输入中空纤维波导10及输出中空纤维波导12中。更具体来说，所述中空波导可以被设置为具有大约0.75?1.0mm的内直径。
[0047]需要指出的是，这种摩擦固位使得所述仅为芯的实心光纤探针端20与所述输入中空纤维波导10及输出中空纤维波导12之间的相互连接可以很容易地释放，从而使得每次使用能够插入一新的仅为芯的实心光纤探针端20。
[0048]可以理解的是，被保持在所述输入中空纤维波导10及输出中空纤维波导12中的所述仅为芯的实心光纤探针端20之间的相互连接可以通过利用一親合剂30 (couplingagent)而被加强，所述耦合剂30高效传输热红外辐射并避免所述中空纤维的内涂层与所述实心光纤芯组件之间发生任何化学反应。为了进一步解释，优选的是，与中空纤维，或更确切地说是所述中空纤维波导的内涂层出现物理接触的所述实心光纤芯20，其表面区域可以涂有一薄层，诸如但不限于数微米的贵金属耦合涂层，所述贵金属诸如但不限于金(Au)。可选择地，其他涂层材料，诸如但不限于石墨烯，将以最大能量转移效率传输热红外能量且能在接触中避免所述中空纤维的内涂层与所述实心光纤芯之间发生化学反应。
[0049]可以进一步理解的是，所述ATR端20可以被配置成各种不同形态或形状，诸如但不限于例如U形(如本文所示)、环形、扁平形、类透镜形、六边形及三角形。
[0050]一仅为芯的卤化银实心纤维可以用作所述ATR元件。多晶卤化银(例如AgClxBrlx)纤维是在中红外应用中最有用的其中之一。这些纤维具有一宽泛的透光率(?2 - 20um波长)，它们是无毒、有柔性且不溶于水的。卤化银纤维具有在0.5至1mm范围内的直径及数米长的长度。可以理解的是，所述实心光纤端实质上可以由任何合适的材料制成，诸如但不限于砸化锌及其他。
[0051]多晶卤化银光纤的优点使得FTIR能够临床应用于组织分析。其在3-20um的频谱范围内以低光学损耗(10um范围内为0.1-0.5dB/m)和高柔性(R-弯曲>10-100纤维直径)运行。
[0052]两种基本类型的卤化银纤维探针是最常见的，包括一 U环顶端纤维和一钻石顶端纤维。
[0053]在所述ATR的构造中，所述纤维端形成一环形，以便于不阻断在光传递(输入)纤维及采集(输出)纤维之间的光通道。
[0054]为了创建所述ATR仅为芯的实心光纤探针端20，所述实心光纤的包覆被去除，从而在使用中其芯被放置为与所述样品直接接触。当光线在所述芯-样品的界面处经历全内反射时，芯内光波的一些能量渗透入所述样品一极短距离。这种隐矢波的能量流与所述芯的表面平行，并且与芯内主能量流的方向一致。
[0055]吸收特定波长辐射的任意材料将消耗所述隐矢波的能量，进而修改所述ATR探针2的输出辐射。
[0056]使用建议的耦合配置，则不需要使用大尺寸光学元件(例如昂贵的金刚石ATR元件)。因此，所述探针的直径及价格可以大幅降低，同时，制得的探针将更柔软并可用于例如内窥镜。
[0057]可以理解的是，与本发明的所述ATR探针2 —起使用的所述辐射源可以是，但不限于，包括一个或多个光源、激光器等的光学特性系统。可以进一步理解的是，与本发明的所述ATR探针2 —起使用的所述检测器可以是，但不限于，基于衍射光栅的分光计、傅里叶变换光谱仪/干涉仪，或者具有一相关光学元件的光谱滤波器，或者检测器阵列。
[0058]通常，特别适用于传输电磁辐射(在紫外、可见光及红外频谱范围内)的中空波导是由内芯包含空气的玻璃管或塑料管制成的。在这些波导中的一些波导中，所述内表面涂有一金属层，所述金属层常常涂有另一介电层。
[0059]图2A和图2B图示了所述输入中空纤维波导10及输出中空纤维波导12的一优选构造，其中，硅管基座30具有一丙烯酸外涂层32、一银膜内涂层34，所述银膜内涂层34依次涂有一碘化银膜36作为所述介电涂层。容易理解的是，呈中空的中空波导纤维的内芯充满空气。
[0060]如图3及图4所示的，在本发明的一实施例中，为了增加输入能量之量并且为了改善所述ATR探针2内的信噪比，通过直接将位于纤维锥形端的尾纤(pigtail)端102插入所述输入中空纤维波导10的输入端10a，以使所述输入中空纤维波导10的输入端10a连接至一内锥形(角形)实心纤维输入采集元件100。可以理解的是，所述锥形实心纤维输入采集器元件100的所述尾纤端102可以涂有一耦合材料，所述耦合材料将高效传输热红外能量并能避免所述中空纤维的内涂层与所述内锥形(角形)实心纤维输入采集