一种全光纤输入输出接口的单色仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种全光纤输入输出接口的单色仪，包括输入光纤，用于输入入射光；高通线性可变滤光片，用于反射入射光中的波长小于选定波长的短波光束；低通线性可变滤光片，用于反射入射光中的波长大于选定波长的长波光束；第一光学聚焦元件，其位于光路中对入射光进行聚焦；第二光学聚焦元件，其位于光路中对通过高通或低通线性可变滤光片的光束进行聚焦；光学反射聚焦元件组，用于对通过高通和低通线性可变滤光片的光束进行反射聚焦；线性可变滤光片控制系统，用于控制高通和低通线性可变滤光片的移动，使得线性可变滤光片位于规定的位置以实现单色滤光；以及输出光纤，用于输出长波、短波和窄带单色光。
【专利说明】一种全光纤输入输出接口的单色仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱分析领域和光纤元件领域，尤其涉及一种全光纤输入输出接口的 单色仪。
【背景技术】
[0002] 目前，光谱测量中所用的单色仪的色散元件主要是光栅和棱镜之类的色散元件， 色散之后某一波长的光一般形成条状光斑，很难聚焦成很小的光斑从光纤输出。另外，常用 的单色仪出射光只是一个波段，其他波长的光均作为杂散光处理，无法利用。
[0003] 因此，亟需一种易于聚焦并可以光纤输出、高对比度和多输出波段的单色仪。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为光谱测量和分析提供一种光纤接口、高对比度、三种输出波 段的全光纤输入输出接口的单色仪，可广泛应用在光学探测系统分光系统，荧光光谱分析 中。
[0005] 本发明的全光纤输入输出接口的单色仪，包括：输入光纤，用于输入入射光；高通 线性可变滤光片，用于反射入射光中的波长小于选定波长的短波光束；低通线性可变滤光 片，用于反射入射光中的波长大于选定波长的长波光束；第一光学聚焦元件，其位于光路中 对入射光进行聚焦；第二光学聚焦元件，其位于光路中对通过所述高通或低通线性可变滤 光片的光束进行聚焦；光学反射聚焦元件组，用于对通过所述高通和低通线性可变滤光片 的光束进行反射聚焦；线性可变滤光片控制系统，用于控制所述高通和低通线性可变滤光 片的移动，使得所述线性可变滤光片位于规定的位置以实现单色滤光；窄带单色光输出光 纤，用于输出窄带单色光。
[0006] 优选地，该单色仪还包括短波输出光纤，用于接收并输出所述高通线性可变滤光 片反射的短波光束。
[0007] 优选地，该单色仪还包括长波输出光纤，用于接收并输出所述低通线性可变滤光 片反射的长波光束。
[0008] 优选地，该单色仪还包括第三聚焦光学元件，用于对所述窄带单色光进行聚焦并 耦合到所述窄带单色光输出光纤。
[0009] 优选地，该单色仪还包括第四聚焦光学元件，用于对所述短波光束进行聚焦并耦 合到所述短波输出光纤。
[0010] 优选地，该单色仪还包括第五聚焦光学元件，用于对所述长波光束进行聚焦并耦 合到所述长波输出光纤。
[0011] 优选地，该聚焦光学元件可以是消色差凸透镜、或离轴抛物面镜对、或凹面反射镜 等具有聚焦作用的光学元件。
[0012] 优选地，所述线性可变滤光片控制系统包括：可以垂直于光路水平移动的第一导 轨和第二导轨，所述第一导轨上固定所述高通线性可变滤光片，所述第二导轨上固定所述 低通线性可变滤光片；步进马达，其分别与所述第一和第二导轨连接；以及控制部，其控制 所述步进马达来移动所述第一导轨和第二导轨，以使得所述高通和低通线性可变滤光片移 动至规定的位置。
[0013] 优选地，所述线性可变滤光片控制系统还包括：存储部，用于存储所述高通和低通 线性可变滤光片的位置信息。
[0014] 通过上述结构，本发明具有以下优点。首先，本发明的光纤单色仪采用全光纤接 口，便于直接对光纤介质中的光束进行单色处理，并且出射光是圆斑，易于聚焦。其次，在线 性可变滤光片滤光处将光斑汇聚，这就使得光斑较小，对比度较高，避免了大光斑通过线性 可变滤光片产生色差。另外，本发明将光束聚焦后多次经过一对高低通线性可变滤光片的 方法对入射光进行单色处理，并输出一个窄带和两个宽带三种波段的光束。因此，通过本发 明的单色仪获得的单色光具有易于聚焦，对比度高以及可以输出三个波段的有益效果，在 该领域有着很大的优势和潜力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的单色仪的结构示意图。
[0016] 图2为本发明的单色仪中的线性可变滤光片控制系统结构示意图。
[0017] 图3为根据本发明的一个具体实施例的单色仪的结构图。
【具体实施方式】
[0018] 以下，将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以下实施例并不是对本发明 的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被 包括在本发明中。
[0019] 图1为本发明的单色仪的结构示意图。该单色仪包括输入光纤1，窄带单色光输出 光纤2,长波输出光纤3,短波输出光纤4,光学聚焦兀件5、7,高通线性可变滤光片6,低通线 性可变滤光片8,光学反射聚焦元件组9和线性可变滤光片控制系统10。线性可变滤光片 控制系统10控制两个线性可变滤光片6,8在垂直于光束的方向水平移动，这样可以通过调 整两个滤光片位置来控制单色光的选通的波长。光束焦点位于线性可变滤光片6,8处。
[0020] 图2为上述线性可变滤光片控制系统的结构示意图。如图2所示，线性可变滤光 片控制系统10包括第一导轨13和第二导轨14,第一导轨上固定所述高通线性可变滤光片 6,第二导轨上固定所述低通线性可变滤光片8 ;步进马达15、16,其分别与第一和第二导轨 13, 14连接；以及控制部17,其控制步进马达15, 16使得第一导轨13和第二导轨14垂直于 光路水平移动，从而使得高通和低通线性可变滤光片6,8移动至规定的位置。控制部17具 有存储部18和马达驱动控制电路19。并且，控制部17可与计算机控制机终端20相连，通 过计算机向线性可变滤光片控制系统的控制部17发送指令，从而控制马达来完成高通线 性可变滤光片11和低通线性可变滤光片12的精确移动。
[0021] 下面说明通过该单色仪获得单色光的过程。首先，由输入光纤1中发出入射光，将 入射光经过第一聚焦元件5聚焦到高通线性可变滤光片6上，比选定的波长短的波长的光 经反射直接耦合输出到短波输出光纤4中，比选定的波长长的光束透射后经过第二聚焦元 件7聚焦到低通线性可变滤光片8上，该长波长的光经反射直接耦合输出到长波输出光纤3 中，选定的波长透射后经过光学反射聚焦元件组9反射聚焦后重新聚焦到低通线性可变滤 光片8的同一线性滤光位置，再经过第二聚焦元件7聚焦到高通线性可变滤光片6上，透射 后的单色光经聚焦耦合到输出光纤2上。
[0022] 图3为根据本发明的一个【具体实施方式】的单色仪的结构图。图3中的单色仪包括 输入光纤21，窄带单色光输出光纤22,长波输出光纤23,短波输出光纤24,作为聚焦元件的 光学消色差凸透镜25、26、27、29、30、31，高通线性可变滤光片32，低通线性可变滤光片33， 光学直角反射镜28以及线性可变滤光片控制系统34。其中光学直角反射镜28和消色差凸 透镜27作为光学反射聚焦元件组。
[0023] 下面结合图3说明获得窄带单色光的光路行进过程。首先，高通线性可变滤光片 32和低通线性可变滤光片33已经被调整到对应于所需波长的单色光的位置。接着，如图2 所示，输入光纤21的入射光有一个发散角，使入射光经过一个消色差的凸透镜25,并聚焦 在一个高通的线性可变滤光片32上，光束中比选定波长短的波长的成分经高通线性可变 滤光片32反射后由消色差凸透镜31聚焦耦合到短波输出光纤24中。接着，光束经过高通 线性可变滤光片32之后又会发散，发散的光束又经过一个消色差凸透镜26,重新将光束聚 焦在一个低通线性可变滤光片33上，光束中比选定波长长的波长的成分由低通线性可变 滤光片33反射后，再由消色差凸透镜30聚焦耦合到长波输出光纤23中。由低通线性可变 滤光片33透射的光束是一个具有选定波长的窄带发散光束，此光束经过一个消色差凸透 镜27会聚成平行光并由直角反射镜28反射，反射后的光束平行于消色差凸透镜27入射， 并聚焦在低通线性可变滤光片33原聚焦处。该窄带光束经过低通线性可变滤光片33后再 由消色差凸透镜26重新聚焦在高通线性可变滤光片32原聚焦处。接着，窄带光束经过高 通线性可变滤光片32后由一个消色差凸透镜29聚焦耦合到短波输出光纤22中。通过数 次聚焦光束到高、低通线性可变滤光片32,33,可以大大提高单色光的对比度和分辨率。
[0024] 本实施例中，消色差凸透镜25、26、27、29、30、31不仅作为聚焦原件，还可以消除 光束在聚焦过程中产生的色差。
[0025] 这里需要说明的是，本发明的单色仪初次安装完成后需要进行单色的校准工作， 即需要对所需波长(选通波长）逐个进行调试。
[0026] 例如，如需要通过单色仪获得532nm的单色光，则需要对532nm进行校准，具体校 正过程如下。通过线性可变滤光片控制系统34调整高通线性可变滤光片32位置大致位于 532nm高通，调整低通线性可变滤光片33位置大致位于532nm低通，再微调两个电动步进马 达即微调线性可变滤光片的位置，使得出射光的脉宽及功率符合要求。当高、低通线性可变 滤光片32、33被调整到符合要求的位置(规定位置)以后，记录此时马达的位置信息，存入存 储部，该位置信息即对应532nm单色光。对其它波长的入射光进行同样的操作，并记录电动 马达的位置，通过电脑线性控制这些波长的入射光中的选通波长的单色光。
[0027] 校准结束后即可使用本发明的单色仪获得需要波长(选通波长）的单色光。例如， 入射光是400nm到600nm之间的连续光谱，要从中选出532nm的绿光，在计算机上通过软件 选择532nm，计算机向线性可变滤光片控制系统34发出指令，线性可变滤光片控制系统34 中的控制部通过马达驱动控制电路来控制马达的移动。马达与第一导轨和第二导轨连接， 从而相应地移动第一导轨和第二导轨。通过移动第一导轨和第二导轨，将高通线性可变滤 光片32位置调到532nm高通，低通线性可变滤光片33位置调到532nm低通，从而窄带输出 光纤22将输出532nm的窄带光束，短波长输出光纤23将输出532nm以下的短波长成分，长 波长输出光纤24将输出532nm以上的长波长成分。
[0028] 本实施例中，聚焦元件采用了消色差凸透镜，本领域技术人员熟知，离轴抛物面镜 以及凹面反射等也可实现对光束的聚焦，并且也不会产生色差，因而本发明中的聚焦元件 并不限于上述实施方式。
[0029] 另外，本实施例中，入射光束先经过高通线性可变滤光片32再经过低通线性可变 滤光片33,本领域的技术人员理解，当然也可以先经过低通线性可变滤光片33再经过高通 线性可变滤光片32。
[0030] 本发明的优点是：直接采用光纤接口，便于光束进入，不需调整；滤波光斑小，对 比度高，分辨率高；由于采用光纤输出，输出的光斑是圆形，便于再次聚焦；并且，本发明具 有三个输出波段，可分别输出选定波长的单色光和该单色光两端的光。
[0031] 综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本 发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。
【权利要求】
1. 一种全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，包括： 输入光纤，其输入入射光； 高通线性可变滤光片，其反射入射光中的波长小于选定波长的短波光束； 低通线性可变滤光片，其反射入射光中的波长大于选定波长的长波光束； 第一光学聚焦元件，其位于光路中对入射光进行聚焦； 第二光学聚焦元件，其位于光路中对通过所述高通或低通线性可变滤光片的光束进行 聚焦； 光学反射聚焦元件组，其对通过所述高通和低通线性可变滤光片的光束进行反射聚 焦； 线性可变滤光片控制系统，其控制所述高通和低通线性可变滤光片的移动，使得所述 线性可变滤光片位于规定的位置以实现单色滤光；以及 窄带单色光输出光纤，用于输出窄带单色光。
2. 根据权利要求1所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，还包括短波输 出光纤，其接收并输出所述高通线性可变滤光片反射的短波光束。
3. 根据权利要求2所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，还包括长波输 出光纤，其接收并输出所述低通线性可变滤光片反射的长波光束。
4. 根据权利要求3所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，还包括第三聚 焦光学元件，其对所述窄带单色光进行聚焦并耦合到所述窄带单色光输出光纤。
5. 根据权利要求3所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，还包括第四聚 焦光学元件，其对所述短波光束进行聚焦并耦合到所述短波输出光纤。
6. 根据权利要求3所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，还包括第五聚 焦光学元件，其对所述长波光束进行聚焦并耦合到所述长波输出光纤。
7. 根据权利要求4-6中任一项所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，所 述聚焦光学元件包括消色差凸透镜、离轴抛物面镜和凹面反射镜。
8. 根据权利要求1所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，所述线性可变 滤光片控制系统包括： 垂直于光路方向水平移动的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨上固定所述高通线性 可变滤光片，所述第二导轨上固定所述低通线性可变滤光片， 步进马达，其分别与所述第一和第二导轨连接； 控制部，其控制所述步进马达来移动所述第一导轨和第二导轨，以使得所述高通和低 通线性可变滤光片移动至规定的位置。
9. 根据权利要求8所述的全光纤输入输出接口的单色仪，其特征在于，所述线性可变 滤光片控制系统还包括：存储部，其存储所述高通和低通线性可变滤光片的位置信息。
【文档编号】G01J3/12GK104111112SQ201310138671
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】贾梦辉, 李磊, 杨太群, 潘海峰, 张三军, 徐建华 申请人:华东师范大学