光多路分用系统的制作方法

本申请是申请日为2011年6月30日、申请号为“201180037175.4”、发明名称为“光多路分用系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本专利申请要求2010年7月1日提交的名称为“基于小型化宽谱线性阵列的光多路分用系统(miniaturizedbroadspectrumlineararraybasedopticaldemultiplexingsystem)”的美国临时专利申请第61/360,560号的权益，发明人为jamieknapp，代理人卷号为npt-0337-pv，所述专利申请的全部内容通过引用结合在此。

本发明涉及光多路分用系统及方法。

背景技术：

滤光片用在各种应用中。例如，这些装置一般用在众多仪器应用中，包括生物医学临床化学分析器、色彩分选仪、原子光谱吸收仪等。通常，在用于这些类型应用的仪器中，滤光片可以邻近光检测器定位，并用来缩小入射在光检测器上的光信号的光谱范围或带宽。示范性光检测器包括光伏式传感器、光电导传感器、光电倍增器等。在一些情况中，可以使用多个滤光片顺序地将宽谱光信号分割为小的窄波长光信号。

图1展示了一种光学系统1，所述光学系统包括被配置用于支撑多个滤光片5的滤光片轮3。示范性滤光片5可以包括带通滤光片，其中滤光片轮3支撑的每个独立的滤光片5可以被配置用于传输预定的波长范围或光带。滤光片轮3被配置用于围绕其轴线7旋转，从而允许选择性地定位设置在轮上的每个滤光片。可以选择性地确定滤光片轮的位置以便将所需的滤光片置于一个位置，在所述位置上滤光片被配置用于使窄谱范围的光通过它传输至光检测器9。因此，可以顺序地将宽谱光信号11重新配置为对应于滤光片5中的每一者的多个窄光谱信号13。尽管已经证明这些基于滤光片轮的光谱分析装置配置是有帮助的，但也已发现了很多缺点。例如，利用图1中所示的基于滤光片轮的系统的测量过程似乎是一种费力的、耗时的过程，因为需要机械地旋转滤光片轮3。另外，这种基于滤光片轮的系统实际上趋于大型装置，机电复杂度高，寿命有限，并且购买和维护成本昂贵。

各种其它光多路分用配置也已经开发出来。如图2所示，一些多路分用系统19将入射光21导向平面分色光束分离器23a，所述分离器将此光分为两个光谱信号。反射的光谱信号通过滤光片25进行引导并最终到达传感器27。透射的光谱信号通过分色光束分离器23a传输至后续的分色光束分离器23b，分色光束分离器23b同样地重复入射光的光谱分离，即将信号的一部分引导向检测器，同时将入射光的一部分传输至后续的分色光束分离器。可以将各种分色光束分离器23配置用于反射入射信号的较小光谱部分。每个分色光束分离器23/带通滤光片25对可称为“通道”。每个通道可具有专用的传感器27，其可以包括光电二极管、光电倍增管(pmt)等，这种装置用于分析具有小波长或光谱带(由分色光束分离器23和带通滤光片25来确定)的入射光。

对于所示的实施例，整个单元可以包含在壳体29中。在此实例中，装置包括6个波长通道，但通道的数量可以依据仪器的具体应用而定。尽管这些系统提供了一些优于以上所述滤光片轮系统的优点，但也发现了很多缺点。例如，分色光束分离器23/带通滤光片25对的邻近通道之间的光串扰就是一个问题。这种现象会大大降低装置的精度并且还会引入测量误差。为了减少或最小化这种有害效应，这些实施例的通道实际上常常彼此相互远离。不幸地是，这种物理间隔以及用于这种类型的实施例的大型专用光电传感器的普遍使用(常常使用典型的0.5英寸直径的硅光电二极管)导致装置配置较大(长度上通常是6英寸到18英寸)、笨重并且昂贵。另外，由于入射光的发散/会聚，这些装置的较长长度会降低光在每个传感器27上的成像精度。这种装置的小幅振动也会影响此成像精度。结果会是性能低下，包括不稳定的信号漂移、某些情况下过多的噪声和串扰。

相比于基于光滤光片-滤光片系统，已经开发出了很多使用光栅代替滤光片的多路分用配置。这些系统利用从衍射光栅反射至小光电二极管或紧凑型线性二极管阵列的光。尽管基于光栅的系统提供了一些优于基于滤光片的系统的优点，但也发现了很多缺点。例如，对于基于光栅的配置，成本是主要的缺点。在大部分应用中，昂贵的高质量光栅常常工作良好，然而，对于需要最低可能成本和简单性的应用而言，廉价光栅的质量有限。在这种情况中，光栅到光栅的可重复性可能效果不佳，并且信噪比和光密度(od)可能不太理想。例如，一些单光栅多路分用系统可能被限制到大约2.5od。其它缺点可包括对光学准直的高敏感性、机械复杂性以及对操作温度的高敏感性。

就波长范围为330nm至1200nm的光学检测而言，带通滤光片通常利用成本效益高的分层结构制造，这种分层结构由吸收性的彩色玻璃或染料组成，还包括透明玻璃，在透明玻璃上沉积了各种多层光干涉涂层。这种类型的标准10mm直径滤光片具有良好的光学性能(通常>70％的透射率)并且成本大约为$15每只。对于一些生物医学以及测量/控制应用而言，需要在更短的紫外线(uv)波段中进行光学检测，例如在具有大约230nm到大约320nm的波长的光波段中。在这种uv光波长范围中，由于分层环氧树脂产生的光吸收和在此波长范围内缺乏彩色玻璃和染料，这些标准的低成本分层滤光片可能是不适合的。相反，用在紫外光谱中的这类滤光片通常利用气隙金属-电介质-金属(mdm)型设计来制造。这类mdm滤光片一般不受光学吸收环氧树脂的限制，因此当受到紫外光照射时提供比基于环氧树脂的设计更好的寿命和性能。

图3展示了紫外线mdm型光学带通滤光片实施例的横截面。如图所示，mdm型装置33包括支撑熔凝石英衬底37的壳体35。光学涂层39(通常包括冰晶石和铝的交错层)可以应用于衬底37，并可以用于定义滤光片的通带(例如，中心波长在大约200nm至大约320nm的紫外光波长范围内并且半带宽为标称8nm到大约12nm)。光学涂层39还可以用于在通常4od等级上过滤至少大约1200nm的所有带外光。气密密封件41可用于保护环境敏感的光学涂层39，因为光学涂层39通常是水溶性的。在使用过程中，气密密封件41的故障一般会导致光学涂层39的快速退化并最终导致mdm滤光片装置33的现场故障。这种类型滤光片的缺点中的一些是它们通常较大(典型地，直径不小于0.5英寸)、更厚(标称值大约5mm)，并且它们还比较昂贵(在一些情况中每个大约$200每个)。

图4的示图展示了典型滤光片/检测器实施例在大约200nm至大约320nm的前述紫外光波长范围内的净滤光片/检测器响应度，以安培数每瓦特(a/w)为单位。出于说明的目的，图4示出了当与标准硅(si)光电二极管光检测器配合使用时的270nmmdm滤光片的性能。在此波长范围内，典型的uv增强型硅光电二极管可具有大约0.08a/w的响应度。如图4所示，这种滤光片/检测器组合实施例的净响应度大约为0.01a/w。

如以上讨论的，现有的多通道光分析器是有益的，但也存在各种缺点。需要一些光多路分用系统，它们可以小型化，可以以合适的价格制造，能够保持光学精度和可靠性或这些性能的任意组合。

技术实现要素：

一种光多路分用装置的一些实施例可以包括至少一个光检测器元件阵列(而不是分立式传感器)和一个多路分用组合件。所述多路分用组合件可以光学连接至所述阵列并且包括多个光通道，每个光通道由至少一个带通反光片和至少一个滤光片形成。每个带通反光片可以大体上沿着所述多路分用组合件的输入信号轴线而设置并且每个通道可以被配置用于将所选波长范围内的光信号传输至所述光检测器元件阵列的作用部分。所述阵列的作用部分还可以与邻近通道的光检测器元件的作用部分相隔离。

一种光多路分用装置的一些实施例可以包括至少一个光检测器元件阵列和一个多路分用组合件。在一些情况中，所述光检测器元件阵列可以是连续的光检测器元件阵列。所述多路分用组合件可以光学连接至所述光检测器元件阵列并且包括多个光通道，每个光通道由至少一个带通反光片和至少一个带通滤光片形成。带通滤光片可以设置在挡板组合件的滤光片腔体中，所述滤光片腔体至少部分地由设置在所述滤光片的输出表面上的支撑挡板限界。所述支撑挡板还可以包括输出孔口。所述挡板组合件还可以包括设置在所述滤光片腔体与邻近光通道之间的滤光片挡板。

一种光多路分用系统的一些实施例包括第一模块，所述第一模块与光信号光连通并且包括uv光检测器阵列，所述uv光检测器阵列被配置用于检测uv光而不是具有大于约425nm的波长的光。所述第一模块还包括用于其中每个光通道的全电介质带通滤光片。第二模块还可以被设置为与所述光信号光连通并且包括可见光检测器阵列，所述可见光检测器阵列被配置用于检测光信号的宽带，并且所述第二模块包括用于每个光通道的全电介质带通滤光片。

一种对光信号进行多路分用和分析的方法的一些实施例可以包括将宽带白光信号通过一个样本传播至多路分用组合件的第一带通反光片并从所述第一带通反光片反射所述光信号的第一光谱带。然后，所述第一光谱带可以通过所述多路分用组合件的第一带通滤光片进行传播。光的其余光谱可通过所述第一带通反光片传输并传播至第二带通反光片。然后，所述光信号的第二光谱带可以从所述第二带通反光片反射并通过所述多路分用组合件的第二带通滤光片传播。在所述第一光谱带已经通过所述第一带通滤光片之后，可以利用线性光检测器阵列的第一作用部分检测所述第一光谱带的振幅。在所述第二光谱带已经通过所述第二带通滤光片之后，可以利用所述线性光检测器阵列的第二作用部分检测所述第二光谱带的振幅。

一种光多路分用装置的一些实施例可以包括至少一个连续光检测器元件阵列以及一个多路分用组合件。所述多路分用组合件可以光学连接至所述阵列并且所述多路分用组合件可以包括多个光通道，每个通道被配置用于将所选波长范围内的光信号传输至所述光检测器元件阵列的作用部分，所述作用部分与邻近通道的光检测器元件的作用部分相隔离。

某些实施例在以下说明、实例、权利要求和附图中进一步描述。当结合所附示范性附图时，实施例的这些特征将从以下详细描述中变得清晰。

附图说明

附图示例了本技术的实施例并且不用于限制。出于清晰地和易于说明的目的，附图可以是不成比例的，并且在一些实例中，可能夸大或放大显示各种方面以帮助理解特定实施例。

图1展示了一种滤光片轮的实施例。

图2展示了一种光多路分用系统的实施例，每个通道具有独立的光检测器。

图3展示了一种uv光带通滤光片实施例。

图4是典型的最终滤光片/光检测器实施例的响应度的图形表示。

图5是包括壳体和线性光检测器阵列的多路分用系统实施例的透视图，所述线性光检测器阵列连接至pc板的管脚插座，所述pc板与任选的处理器和显示单元操作连通。

图6展示了结合光信号源的图5的多路分用系统实施例，所述光信号源包括被配置用于使光穿过材料样本并进入壳体的入射光瞳的光源。

图6a是具有9个光通道的图5的多路分用系统实施例的示意性正视图。

图7是包括壳体和线性光检测器阵列的图6a的多路分用系统实施例的透视图。

图7a是一种线性光检测器阵列组合件的透视图。

图7b是ccd芯片类型的光检测器阵列组合件的透视图。

图7c是图7b中的组合件的光检测器阵列的被环绕部分的放大视图。

图8是光挡板组合件实施例的俯视图。

图9是图8的挡板组合件实施例的侧视图。

图10是沿着图9的线10-10截取的图9的挡板组合件的截面的放大视图。

图11是带通反光片安装组合件的正视图。

图12是图11的带通反光片安装组合件的俯视图。

图13是具有14个光通道的多路分用系统实施例的示意性正视图。

图14是图13的多路分用系统的部分截面的放大视图。

图15展示了一种低成本单衬底uv滤光片实施例的剖视图。

图16是最终滤光片/光检测器的实施例的响应度的图形表示。

图17展示了包括uv兼容模块的一种多路分用系统的实施例，所述uv兼容模块具有沿着同一光轴定位的基于碳化硅(sic)的线性阵列和用在可见光中的基于si的线性光检测器阵列。

图18展示了一种紧凑型多路分用系统的实施例，所述系统包括彼此邻近定位的用于uv模块的sic线性阵列和用于可见光模块的si线性光检测器阵列，以便实现全230nm至1200nm波长检测配置(红外光阵列可用于将此波长范围扩展至大约4500nm)。

图19展示了一种紧凑型多路分用系统的实施例，所述系统包括彼此邻近定位的用于uv模块的独立sic光检测器阵列和用于可见光模块的si线性光检测器阵列，以便实现全230nm至1200nm波长检测配置(红外光阵列可用于将此波长范围扩展至大约4500nm)。

具体实施方式

图5至12展示了一种性能改进的小型化光多路分用(下文称为“minidemux”)装置的实施例。如图所示，minidemux装置60包括至少一个光检测器阵列，所述阵列的形式可以是具有多个检测器元件的线性光检测器阵列。这种线性阵列可以包括紧凑型光检测器阵列62，其中所述阵列的每个检测器元件或二极管可以沿着连续的线性配置来设置。在一些情况中，这种连续线性阵列配置可使其每个光检测器元件接触或几乎接触光检测器阵列62的邻近光检测器元件。光检测器阵列62可以具有固定至其上的至少一个多路分用(下文称为“demux”)组合件。在一些情况中，光检测器阵列62可以包括具有长度l的hamamatsus-4111-35q装置，如图7所示。在一些情况中，线性阵列的长度l可小于大约3英寸，更具体地，小于大约2英寸。hamamatsu装置，型号s-4111-35q以及类似型号由hamamatsu光电公司(325-6,sunayama-cho,naka-ku,hamamatsu市,shizuoka县,430-8587,日本)制造。优选地，可以使用任意样式的合适光电二极管装置或任意长度、宽度或其它横向尺寸的其它光检测器装置。

用于光检测器阵列62或以下讨论的任意其它阵列的连续的或顺序邻近的光检测器元件的数量可以是检测器元件72的任意适合的数量。例如，一些光检测器阵列实施例可以具有大约10个检测器元件72至大约100个检测器元件72或更多，更具体地，大约20个检测器元件至大约50个检测器元件，甚至更为具体地，大约30个检测器元件至大约40个检测器元件。这种光检测器阵列62的实例示于图7a中。适合的光检测器阵列62还可以包括一些实施例，在这些实施例中检测器元件不是配置为线性阵列，而是配置为二维阵列，就像可能在电荷耦合装置(ccd)芯片实施例中看到的那样。图7b和7c展示了ccd型芯片检测器阵列62'的实施例，所述阵列具有在二维矩阵中排列的多个检测器元件72'。ccd芯片光检测器阵列62'的管脚配置和电耦合可与光检测器阵列62相同或相似。对于光检测器阵列62和62'的一些实施例，每个光检测器元件72或72'的尺寸可以比较小，例如这类检测器元件72或72'可以具有大约1mm到大约4mm的输入表面的横向尺寸。因此，适于装置60(具有大约8个通道至大约10个通道)的光检测器阵列62可以使大约35个这类检测器元件72排列在线性阵列中，总长度小于大约3英寸，更具体地，小于大约2英寸。检测器元件72或72'可以被配置用于对光进行检测并针对各种波长将入射光能量转换为电能。在一些情况中，每个光检测器元件可以被配置用于将入射光能量转换为电压，所述电压与入射在其上的光的振幅或强度成正比或以其它方式根据所述振幅或强度而变化。一般而言，一些阵列光检测器元件实施例72或72'可以被配置用于检测并转换具有大约230nm至大约4500nm波长的光，更具体地大约340nm至大约1200nm波长的光，在一些情况中还包括其它波长。

在一些情况中，图7中所示的demux组合件64可以黏附地粘合至光检测器阵列62的表面。可选择地，任意类型的技术或装置可用于将demux组合件64附接至光检测器阵列62，包括但不限于机械连接、紧固件、壳体、焊接、钎焊、粘合剂等。在一些实施例中，demux组合件64可以不可拆卸地连接至光检测器阵列62。可选择地，demux组合件64可以可拆卸地连接至光检测器阵列62。

如图5所示，在一些情况中，minidemux装置60可以通过管脚插座65电连接至印刷电路(pc)板63，而管脚插座电连接至pc板63。光检测器阵列62可以通过导体管脚68连接至管脚插座65，导体管脚从光检测器阵列62延伸并进入插座65上的插头中。pc板63可以包括与紧凑型光检测器阵列62电连通的各种电路。pc板63的电路可以包括可被配置用于放大光检测器阵列62的光检测器元件72的输出电压的信号放大器67等。pc板63还可以任选地与处理器和/或显示装置63a电连通或信息连通。在一些实施例中，处理器63a可以包括计算机和显示监视器。一个或一个以上导体管脚68可以在光检测器阵列62上形成或与其连通。在一些实施例中，导体管脚68包括允许光检测器阵列62电连接至衬底(例如，像pc板63或插座65)的管脚。

参见图5-7，demux组合件64包括构成封闭体的壳体，所述封闭体具有被配置用于在其中接收至少一个光信号65a的一个或一个以上输入孔口66。对于一些实施例，壳体构成了环绕demux组合件64的组件的封闭体，所述封闭体可以防止或减少不需要的噪声或与demux组合件64的组件接触的光信号。本文讨论的图5至19中所示的装置实施例中的任意一种还可以接收多个这类光学或光信号65a，例如，2个、3个、4个、5个或更多光信号65a。图6展示了与光信号65a连通的minidemux装置60的一个可能布置的示意图，通过这种布置，使光66a从光源67a穿过材料样本68a来产生光信号65a。然而，通过装置60可以分析任意适合的光信号，不论何种光源。在一些实施例中，光源67a可以包括宽光谱光源，例如氙气或卤素类型的灯泡。在一些情况中，在进入装置60的输入孔口66之前，还可以对光信号进行准直或部分准直。光信号65a沿着图6a所示的输入轴线进入输入孔口66。

图6a展示了所使用的minidemux装置60的示意性图示。如图所示，minidemux装置60的光检测器阵列62可以包括多个光检测器元件72。光检测器元件72线性地排列，以便用于图6a所示的实施例。可选择地，光检测器元件72可以采用任意类型的配置进行排列。而且，光电二极管阵列60可以包括位于其上的窗口74。因此，光检测器元件72可以位于窗口74产生的气密密封件内。如图所示，光信号65a沿着输入轴线74a进入装置60，所述输入轴线可以继续线性地穿过多路分用组合件的主体。

如图8至10所示的挡板组合件76这样的子组合件可以被配置用于支撑邻近装置60的至少一个光检测器元件72的至少一个滤光片78。对于一些实施例，每个滤光片78可以被配置为一个带通滤光片78以使光的预定义窄光谱带(可能需要用于所希望的应用)通过。例如，第一带通滤光片78可以被配置用于传输波段中心在大约340nm的光，而第二邻近滤光片78可以被配置用于经过它传输具有大约380nm的中心波长的光。因此，一系列光学带通滤光片78可以被配置用于经过它们独立地传输波长中心在大约340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm或800nm的光。在一些情况中，可以将光带通滤光片78配置并安排为将所述装置的最短波段传输至最接近输入孔口66的通道(即滤光片78')，沿着光信号路径的后续光带通滤光片78被配置用于经过它传输具有顺序增加的波长中心的光带。具体而言，滤光片78'可以被配置用于传输或传递中心在大约340nm处的光带，下一个通道中心可在大约380nm，下一个通道在405nm，以此类推。每个带通滤光片78的波段选择性还可以结合每个对应的带通反光片92的选择性反射能力而起作用，以便为多路分用组合件的每个通道定义光谱带。尤其在一些情况中，可能希望带通反光片92和带通滤光片78都选择性地使入射光束的光谱带宽变窄(以不同等级或量使光带变窄)。这种多路分用装置的实施例和以下讨论的任意其它实施例可以包括上文讨论的通道波长，但还可以包括任意适合数量的通道，这些通道可被配置用于传递中心在任意所需波长处的任意所需光谱带宽，这取决于具体的应用。

另外，对于一些实施例，可能希望带通反光片92在宽于光通道的最终光带的波长范围中反射预定的光带。通道的最终带宽可以通过通道的对应带通滤光片78进行细调或微调，所述通道在所需的波长范围上传递光带以便由光检测器阵列62的光检测器72进行检测。对于以上讨论的340nm通道，带通反光片92可能反射大约315nm至大约360nm的输入光信号的相对宽子带，同时在一些情况中通过透射将剩余的光带传递至光学系统中的下一个带通反光片92。在这种情况下，315nm至360nm光带包含或包括通道的最终所需的光带，而且更宽，并且可以利用不十分精确的光学器件来实施。然后，315nm至360nm光带传播至沿着带通反光片92的输出轴线设置的通道的对应带通滤光片78。带通滤光片78接着进一步使通道的光带缩窄至所需的最终用于分析的光谱带，所述光谱带可为从大约335nm至大约345nm，中心波长位于预先选择的340nm。出于各种原因，这种配置是有利的。具体而言，这种配置只将感兴趣的波长引导至特定通道的带通滤光片78。这样的配置还可以允许使用具有更低精度等级的带通反光片92，因为带通滤光片78将执行最终调节。在要求高精度组件的多路分用阵列实施例中，可以使用newport公司(corionproducts，8eastforgeparkway，富兰克林，马萨诸塞州)制造的带通滤光片78，例如型号ssbf-340(或其它型号)，或带通反光片92，例如型号ssbf-dc-340(或其它型号)。

在一些情况中，带通反光片92可以被配置用于传递对应带通滤光片78的带宽的大约2倍到大约4倍的带宽。另外，对于一些实施例，带通反光片92的制造带宽或性能容差可以大于带通滤光片78。例如，在一些情况下，带通反光片92的带宽容差可以是大约正负5nm，而带通滤光片78的容差可以是大约正负2nm。因此，对于一些实施例，光通道的带通反光片92可以反射具有小于大约50nm宽度的光带，而同一个通道的对应带通滤光片78可以进一步将光信号缩窄至小于约15nm的带宽，更具体地小于约12nm，甚至更为具体地小于约10nm。以上讨论的这些参数还可以应用于所有的380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm或800nm以及任意其它适合波长的通道。

对于一些实施例，在完全不使用带通滤光片78的情况下，可以使用非常高精度的带通反光片92来构成多路分用组合件的光通道。在这种实施例中，这些反光片92可以仅反射精确的窄波长范围，例如前文针对带通滤光片78讨论的光带。例如，340nm带通反光片92的反射带宽可以被配置为大约10nm(例如以上针对340nm带通滤光片78所讨论的)。然后，可将此窄光谱带引导至一个或一个以上适合的暴露的检测器阵列元件72上。在这种较低成本的配置中，最佳的光线性度和串扰可能与同时使用带通反光片92和带通滤光片78的那些配置的性能等级不同，但对于特定的应用而言可为足够的(标称2.5od比4.5od性能)。

另外，可以使用一种相反的方法，其中将带通反光片92配置为具有很少或几乎没有光谱功能，但这种方法仅用于在背离光信号轴线的横向上反射或以其它方式重新引导所需百分比的入射光信号，使其穿过带通滤光片78，并到达一个或一个以上对应的光检测器元件72上。在这类实施例中，在将信号传输至光检测器阵列62以进行检测之前，光谱窄化功能的所有或大部分将由组合件的光通道的带通滤光片78来执行。对于这类配置的一些实施例而言，带通反光片92可以从多路分用组合件中完全省略，并允许光信号在所述组合件的多路分用壳体的内部体积内以稍微随机的模式进行内部反射，直到光信号的多个部分穿过光通道的带通滤光片78并随后由光检测器阵列62进行检测。对于这类实施例，还可能希望多路分用组合件的壳体97的内部体积94的内表面涂覆有反射涂层或以其它方式包括一个表面，所述表面反射光信号以便最小化壳体97的内表面对光信号的吸收。

除了任选地被配置用于产生传递至光检测器阵列62的光信号的最短波长，最靠近输入孔口66(对应于图6a中所示的滤光片78')的第一通道在其支撑挡板中还可以具有更大的孔口85'，并且被配置用于将较短波长的光信号传输至光检测器阵列62的更大区域(相对于邻近通道)。就对应于大约340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm或800nm的波长的波长通道的带宽而言，可以基于minidemux装置60的具体应用来选择这些波长。除了能够选择用于特定通道的任意所需中心波长外，还可以选择更窄的带宽以便足以提供所需的分辨率和选择更宽的带宽以便允许所需量的信号通过滤光片。带宽还可以用于根据波长来调节光检测器阵列62的变化的响应度。也就是说，具有较低响应度的波长的通道可以被选择为具有较宽的带宽，以允许更多信号通过滤光片78到达光检测器阵列62。在一些具体示范性实施例中，以上讨论的波段可以是大约6nm至大约12nm，更具体地，大约8nm至大约10nm。

再次参见图8至10，minidemux装置60可以包括多个挡板以减少或防止测量误差。例如，装置60的多路分用组合件的每一通道可以包括一个或一个以上支撑挡板80和一个或一个以上滤光片挡板84，这些挡板可为整体挡板组合件76的一部分。支撑挡板80可以包括支撑表面82，所述支撑表面被配置用于提供围绕每个滤光片腔体的底部设置的横档并啮合和支撑滤光片78。因此在一些情况中，带通滤光片78的底表面可以与图10所示的对应支撑挡板80的支撑表面82相接触。支撑挡板80还可以包括孔口85。挡板80和84可以被配置用于减少或消除“出血”，即在每个滤光片78周围行进而形成的外部光线(这可能在相当大程度上引入测量误差)。另外，为了最大化或以其它方式控制输出信号，可调整每个滤光片78的支撑挡板80的孔口85的尺寸以便将光传输至光检测器阵列62的一个或一个以上检测器元件72。对于一些实施例，为了帮助隔离每个通道(从而减少或防止串扰)，一个或一个以上不作用的光检测器元件72可以分隔每个或多个作用光检测器元件72，从而创建阵列的作用部分和阵列的不作用部分，这将在以下针对图13和14的实施例更为详细地进行讨论。在一些情况中，阵列的不作用部分可以包括一个或一个以上接地的光检测器元件72。因此，与不作用部分或区域相关联的导体管脚68可以保持接地或去除。在一些情况中，光检测器阵列62的作用部分(孔口85被配置用于将光信号投射在所述部分上)可以包括一个或一个以上检测器元件。对于一些具体实施例，三个光检测器元件的每个作用区域可以由一个单一不作用光检测器元件来分隔，然而在这方面，可以使用任意适合的或需要的配置。

滤光片挡板84可以位于光带通滤光片78之间，这样它们就被设置在彼此邻近的光带通滤光片78的侧边之间形成的间隙中。在一些情况中，滤光片挡板可以与带通滤光片的侧边接触，在其它实施例中，在滤光片挡板84的外表面与邻近带通滤光片78之间可以存在间隙。对于一些配置而言，每个通道的支撑挡板80和滤光片挡板84结合壳体的壁部的邻近部分可以形成滤光片腔体。这种滤光片腔体可以被配置用于将入射在通道的阵列的作用部分上的光限制到对应于所述通道的光带。因此，滤光片挡板84光学地将滤光片78和作用区域86与来自邻近光通道的散射的、误引导的、或不需要的光相隔离，从而改进了优于现有技术装置的测量精度。滤光片挡板84可以采用各种配置由任意类型的材料制成，只要这些配置提供设置在邻近滤光片元件78之间的光信号65a不能通过的屏障。在一些情况中，亚光黑阳极电镀铝可以用于挡板实施例80和84。如图9至10所示，可以将滤光片挡板84配置为相对于支撑挡板80具有连续结构。在一些实例中，滤光片挡板84的底边缘可以设置在对应的邻近支撑挡板80的顶表面上或与其相连续，这样在它们之间就不存在间隙，并且光信号65a中没有一个部分可以在滤光片挡板84与支撑挡板80之间通过。

对于图8至10所示的挡板组合件实施例76，挡板组合件76可以采用连续整体结构的形式，所述结构包括底板和在其上由一块单一材料形成的挡板结构。在一些情况下，这种组合件76可以由一个单一铝块或其它适合的材料机器加工而成。如图10所示，滤光片挡板84还可以在邻近的对应滤光片78的输入表面上方垂直地延伸，从而防止从一个滤光片78反射或散射至邻近通道的光的透射。

再次参见图6a，至少一个带通反光片92(例如分色光束分离器)可以位于内部体积94内，所述腔体针对装置60的每个通道在minidemux装置60的壳体中形成。每个带通反光片92可以与装置60的每个通道的对应滤光片78邻近并与其光连通。对于一些实施例，带通反光片92可以包括分光镜，所述分光镜被配置用于在背离光信号65a的输入轴线74a并朝向滤光片78的横向方向上反射光信号65a的所需波段，同时将通过它的所需波段之外的基本上所有光沿着输入轴线进行传输并任选地传输至多路分用组合件的光学系统中的下一个带通反光片92上。各种装置可以用作带通反光片，包括但不限于反光镜(包括分色镜滤光片)、光栅等。在一些实例中，装置60的每个通道的滤光片78和同一通道的对应邻近带通反光片92可以是波长匹配的，从而通过它向阵列62传输窄带宽的光，以便对每个光带或通道进行检测和强度测量。对于图11中所示的带通反光片92的分色光束分离器实施例以及其它实施例，每个带通反光片92可以具有板状配置并且设置在相对于输入信号轴线74a成大约45度的角度上。在一些情况中，带通反光片92可以设置在相对于输入信号轴线74a成大约42度到大约48度的角度上。每个带通反光片92还可以在图11和12所示的多路分用组合件的壳体97的壳体部分或侧面板95的对应插槽93中固定地保持在相对于输入信号轴线74a成所需角度的适当位置上。通常，壳体97的侧面板95中的插槽93的每一个可以大致上彼此平行，设置在其中的带通反光片92也同样如此，但这样做并不是必要的。壳体97的侧面板95的带通反光片插槽93还可以是如图11的分色偏移所示的顺序形式中的侧向偏移，以下将更为详细地讨论。

这种配置的结果是，带通反光片92、滤光片78和光检测器阵列62的邻近的作用区域86可以形成或定义装置60的光通道。带通反光片92在一些情况中可以共线对准。在一些实施例中，带通反光片92不需要共线对准。例如，如果分色光束分离器用于带通反光片92，那么每个带通反光片92可以相对于每个邻近带通反光片92稍微侧向偏移，以便在光信号被带通反光片92折射时调节光它的位移。如图11和图14的后续实施例所示，带通反光片92和192可以利用分色偏移进行配置并可以在沿着输入轴线的横向方向上稍微顺序地偏移，以便在带通反光片92的倾斜方向上调节光信号中的侧向移位。由于带通反光片92的折射率误匹配以及环境空气，当光信号穿过或折射通过具有变化内部角的每个带通反光片92时，在光信号中就会出现移位。相对于轴线74a的侧向移位量可主要取决于带通反光片92的厚度。从第一带通反光片92沿着输入轴线74a的光路或光学系统到最后一个带通反光片92的全部或累积分色移位可大致上如图11所示。对于9通道minidemux装置60(例如，如图5至12所示，总长度小于大约2至3英寸)，在一些情况中每个带通反光片92可以与邻近带通反光片92分隔不到大约4mm的距离。另外，对于一些实施例，阵列62的每个作用部分的中心与邻近作用部分的中心可分隔不到大约1mm的距离。

对于一些实施例，在使用过程中，光信号65a进入多路分用组合件64的输入孔口66中并沿着图6a所示的输入轴线74a传播至第一带通反光片92的输入表面99。第一带通反光片实施例92可以采用第一分色光束分离器92的形式，如上所讨论的，所述分离器从其输入表面反射所述光信号的第一光谱带，这样第一光谱带的射束可以被横向地导引离开光信号轴线74a。对于一些实施例，第一光谱带可以是装置60的所有通道的最短波段。接着，反射的第一光谱带通过多路分用组合件64的第一带通滤光片78'进行传播。同样如上所讨论的，第一带通滤光片78'可以比与其邻近设置的后续带通滤光片78更大。孔口85'设置在第一带通滤光片78'下方的支撑挡板80中，并且滤光片78'的输出表面的面积还可以大于邻近通道的孔口85。

然后，未由第一带通反光片92反射的光的其余光谱可以从第一带通反光片92的输出表面101传输或传播出来并传播至第二带通反光片92的输入表面99，第二带通反光片也可以采用沿着装置60的输入轴线74a设置的第二分色光束分离器的形式。光的第二光谱带可以由此第二分色光束分离器反射并引导至第二带通滤光片78。此后，未由第二带通反光片92反射的光的其余光谱可以经过第二带通反光片92进行传输并传播至第三带通反光片92。接着，第三光带可以由此第三带通反光片92反射并引导至多路分用组合件64的第三带通滤光片78。这个过程可以针对特定装置60的每个通道实施，并且可以持续下去，直到最终的光谱带从装置60的光学系统中最后一个通道的最后一个带通反光片92反射。此最后一个光谱带可以透射通过最后一个带通滤光片78。在第一光谱带通过第一带通滤光片78'之后，第一光谱带接着传播至光检测器阵列62的第一作用部分且其振幅由阵列62的第一作用部分检测。然后在传播穿过第二带通滤光片78并撞击在阵列的第二作用部分的作用光检测器元件上之后，第二光谱带的强度或振幅由阵列62的第二作用部分检测。

对于一些实施例，以上方法可以包括分析第一光谱带和后续光谱带的振幅以获得与光信号有关的分析结果。对于一些实施例，光射束可以穿过材料样本以产生进入装置60用于分析的光信号。已穿过所述样本材料的此光信号还可以与未穿过样本材料的光信号进行比较，以便获得样本材料在不同频率处的吸收性质。在一些情况中，第一光谱带的振幅可以由线性阵列的一个经隔离的第一作用部分检测，所述第一作用部分与线性阵列的第二作用部分通过线性阵列的不作用部分而分隔。在一些情况中，第一光谱带可以从第一带通反光片向第一带通滤光片的输入表面传播，距离小于大约4mm。对于一些实施例，第二光谱带可以从第二带通反光片向第二带通滤光片的输入表面传播，距离小于大约4.5mm，并且第三光谱带从第一带通装置向第二带通装置传播，距离小于大约5mm。

图13和14展示了minidemux装置160的另一个实施例的示意性剖视图，所述装置包括14个通道，而不是以上讨论的装置60的9个通道。另外，装置160可以具有以上就minidemux装置60讨论的那些相同特征、尺寸或材料中的任意一种或全部，反之亦然。如图所示，minidemux装置160的光检测器阵列162可以包括多个光检测器元件172。如图所示，所述阵列的光检测器元件172线性排列。任选地，光检测器元件172可以采用任意其它适合的配置进行排列。另外，光电二极管阵列160可以包括定位并密封在其上的窗口174。因此，通过窗口174可以将光检测器元件172定位在气密密封件内。

挡板子组合件176可以被配置用于支撑阵列162的至少一个光检测器元件172附近的至少一个滤光片178。对于一些实施例，每个滤光片178可以被配置用于传递光的预定光谱带，所述光谱带可如特定所需应用的要求那样宽或窄。例如，滤光片178a可以被配置用于传输具有大约340nm波长的光，而邻近滤光片178b可以被配置用于经由其传输具有大约380nm波长的光。因此，一系列滤光片178可以是独立元件，它们被配置用于通过它们独立地传输波长中心在340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm以及800nm的光带的光。如以上所讨论的，中心在以上波长或任意其它所需波长集合处的光带的带宽也可以按照所需应用的带通滤光片元件178的构造需要来调整。

对于一些实施例，滤光片178'可以被配置用于通过它传输最短波长光信号的带宽，沿着装置160的光学系统的后续滤光片178被配置用于通过它传输波长增加的光。设置在demux组合件164的起点(邻近孔口166)的带通滤光片178'也可以比其它滤光片更大，并且支撑挡板182'的孔口185'也可以比其它孔口更大，以便比邻近通道覆盖更多的检测器元件。覆盖更多数量的检测器元件172可以用在一些实施例中，以补偿在某些光信号波长处检测器元件172的降低的响应度。产生补偿效果的原因是，由于与(已穿过一个或一个以上带通反光片或光束分离器192)的光信号相关的反射和吸收，装置160的起点处的光信号也已经受较少衰减。

minidemux装置160还可以包括多个挡板以防止或减少测量误差。例如，装置160可以包括一个或一个以上支撑挡板180以及一个或一个以上滤光片挡板184。支撑挡板180可以包括被配置用于啮合并支撑对应的或匹配的滤光片178的支撑表面182，并且可以被配置用于减少或消除“出血”，即在每个滤光片178周围行进而形成的外部光线(这可能在相当大程度上引入测量误差)。另外，为了使输出信号最大化，可以调整每个滤光片178的尺寸以便将光传输至一个或一个以上检测器元件172。在一些情况中，为了帮助隔离每个通道(从而防止串扰)，阵列162的不作用部分的一个或一个以上不作用光检测器元件172a可以分隔阵列162的作用部分的每个或多个作用光检测器元件172b，从而形成作用区域186和不作用通道区域188。对于一些实施例，不作用光检测器元件172a可以电接地以使元件172a去激活并且还截断电子在阵列162的不作用部分的半导体材料上的漂移或迁移。因此，与所述区域相关联的连接器168可以保持接地或去除。

图13和14中所示的滤光片挡板184可以位于滤光片178之间。因此，滤光片挡板184可以用于光学地将滤光片178以及作用区域186与来自邻近光通道的散射的、误引导的、或不需要的光相隔离，从而改善测量精度。滤光片挡板184可以采用以上讨论的各种配置由任意种类的材料制成。在某些情况下，所述装置的性能可超过一些当前装置的性能(线性度和串扰)大约两个数量级(4.5od比2.5od)。

仍参见图13和14，至少一个带通反光片192可以位于在minidemux装置160的壳体内形成的腔体194内。对于一些实施例，带通反光片192包括分色镜，所述分色镜被配置用于将中心在所需波长处的光带反射至滤光片178，同时通过它传输大致上所有的不同波长的光。任意种类的适当装置都可以用作带通反光片，包括但不限于反光镜(包括分色光束分离镜)、滤光片、光栅等。由此，在一些实施例中，滤光片178和带通反光片192可以是波长匹配的，从而经由其传输窄带宽的光。因此，带通反光片192、滤光片178和光检测器阵列162的邻近的对应作用区域186可以包括光通道。在所说明的实施例中，带通反光片192可以是共线对准的。在替代实施例中，带通反光片192无需为共线对准的。例如，如果分色光束分离器用于带通反光片192，那么它们可以相对于彼此而偏移，如上讨论用于调节光信号的每个折射部分的位移。

图15展示了用在minidemux装置60、160或在此讨论的任意其它适合的多路分用实施例中的滤光片178的实施例的剖视图。滤光片178包括一个单一的薄熔凝石英衬底202。在一些情况中，衬底可以具有大约0.5mm至大约1mm的厚度，更具体地，大约0.6mm至大约0.8mm，甚至更为具体地，大约为0.7mm，但衬底可以由任意种类的材料以任意类型的厚度、直径和横向尺寸制成。一个或一个以上光涂层204可以施加到衬底202。任意种类的适合材料可用于形成具有所需性质的光学涂层。对于一些实施例，光学涂层204可应用于衬底202的单一表面上。对于其它实施例，光学涂层204可应用于衬底202的两个表面或多个层。另外，多个光学涂层204或其层可应用于衬底202。

在一些情况中，光学涂层204可以包括坚硬、持久、耐受环境的电介质材料(例如氧化铪或氧化锆和二氧化硅)的多层膜。与使用基于金属的光学涂层的现有技术装置不同的是，不需要气密密封件来保护所述装置免受环境退化的影响。因此，几乎所有的光反射都可以通过光学反射而非吸收来完成。在所需波长范围内产生的光的带内传输因此可以远高于mdm类型的滤光片(大约90％)。另外，除了基于纯硅的检测器(si)，当前的全电介质方法可以允许demux164连接至基于氮化硅(sic)的检测器。然而si具有高达大约1200nm的光谱灵敏度，sic只具有大约425nm的光谱灵敏度(基于sic的检测器装置光学上无法识别高于425nm的所有波长)。因此，sic与本文揭示的当前的全电介质带通滤光片一起使用可为理想的。值得注意的是，这种全电介质滤光片的成本远低于通常使用的mdm带通滤光片。

图16图示了在典型的uv范围(230nm至320nm)中minidemux装置60或160的一个实施例的净滤光片/检测器响应度a/w。更具体地，图16展示了与碳化硅光电二极管配合使用时图15所示的示范性270nm全电介质滤光片178的性能。在此波长处，典型的碳化硅光电二极管可以具有大约0.1a/w的响应度。如图16所示，这种滤光片/检测器组合的净响应度可为大约0.09a/w，几乎优于一些mdm/硅检测器组合实施例一个数量级。另外，与si不同的是，sic光传感器通常对紫外光照射具有稳健性，具有改善的现场寿命并具有长期的稳定性。

图17展示了一种宽光谱线性minidemux装置的实施例的剖视图。一般而言，图17所示的minidemux装置210可具有以上讨论的minidemux装置60和160的那些适当特征、尺寸或材料中的任意一种，然而，装置210还包括一些额外特性。如图所示，minidemux装置210包括第一demux组合件或模块212，所述模块包括入孔215和具有输出轴线的出孔216。装置210还包括至少一个第二demux组合件或模块214，所述模块具有光学连接至第一模块212的出孔216的入孔217。第一和第二demux组合件可按照以上描述来制造并且通常可包括与装置60和160相同或类似的特征、尺寸和材料。然而，每个demux组合件212、214被特定配置为检测离散的波长范围。例如，对于一些实施例，第一demux组合件212可以被配置用于检测高达大约380nm波长的uv光，而第二demux组合件214可以被配置用于检测大约380nm或更长波长的光。因此，在demux组合件212与demux组合件214之间，带通反光片192、滤光片178和检测器元件172可以不同。

图18展示了一种紧凑型多模块多路分用系统的实施例，所述系统包括彼此邻近定位的用于uv模块的sic线性阵列和用于可见光模块的si线性光传感器阵列，以实现全230nm至1200nm波长检测配置(红外光阵列可以用于将此波长范围扩展至大约4500nm)。一般而言，图18所示的minidemux装置220可以具有以上讨论的minidemux装置60和160的那些适合特征、尺寸或材料中的任意一种，然而装置220还包括一些额外特征。具体而言，图18说明了多个demux组合件或模块可以平行定位的替代实施例。如图所示，minidemux装置220包括第一demux组合件222和第二demux组合件224。如所说明，第一带通反光片226和反光片的第二带通装置228可用于将光引导至demux组合件222和224中。在使用过程中，光学或光信号230可以入射在第一带通反光片226上，所述反光片将所选带通范围之外的光引导至第二带通反光片228。带通范围内的光232通过第一带通反光片226传输至第一demux组合件222。同样，第一带通反光片226反射的光234可以由第二带通反光片或反光片228引导至第二demux组合件224中。类似于前述实施例，每个demux组合件222、224可以被配置用于检测小波长范围内的光。而且，任意数量的demux组合件可以采用线性或平行配置进行耦合。例如，可以采用线性或平行配置耦合深uvdemux组合件、uvdemux组合件、可见光demux组合件、近红外demux组合件和远红外demux组合件。

图19展示了一种紧凑型多路分用系统的实施例，所述系统包括彼此邻近定位的用于uv模块的个别sic光传感器阵列和用于可见光模块的si线性光检测器阵列，以实现全230nm至1200nm波长检测配置(在一些情况中，红外光阵列可用于将此波长范围扩展至大约4500nm)。一般而言，图19所示的minidemux装置220'可以具有以上讨论的minidemux装置220的那些适合特征、尺寸或材料中的任意一种，然而装置220'还包括一些额外特征。所述实施例包括替代的多路复用装置220'，其中短波长模块222'使用小型分立式sic(或类似的)光传感器172'，而较长波长模块224继续使用前文所述的si线性阵列。例如，这种小型传感器172'可以密封在标准5mmto-18壳体内。底座、挡板和其它设计特征可以模仿图14所示的和以上讨论的实施例的那些器件。这种模块可以采用串联或紧凑平行的配置来制造。当进行直接成本比较时，与基于现有技术的mdm/si传感器的方法的大约$1000相比，本发明的4通道uv模块的制造成本约为$85(另外还有几乎一个数量级的信号增加)。

就以上详细说明而言，本文所用的相似参考标号可以表示类似的元件，这些元件可以具有相同的或相似的尺寸、材料和配置。尽管已经说明并描述了实施例的特定形式，但在不偏离本发明实施例的精神和范围的情况下可以进行各种修改，这将是显而易见的。因此，这并不表示本发明受到前述详细说明的限制。

本文参考的每个专利、专利申请、出版物以及文献的整体是通过引用结合在此。以上专利、专利申请、出版物和文献的引用并不是承认前述内容中任意一项是相关的现有技术，也不构成对这些文献的内容或日期的任何承认。

在不偏离本技术的基本方面的前提下，可以对前述实施例进行修改。尽管已参考一个或一个以上具体实施例十分详细地描述了本技术，但可以对本专利申请中具体揭示的实施例做出改变，然而这些修改和改进涵盖在本技术的范围和精神之内。本文以适当方式说明性地描述的技术可以在不具有本文未具体揭示的任意一个或一个以上元件的情况下实施。因此，例如在本文的每个实例中，术语“包括”、“基本上由…组成”以及“由…组成”中任意一个可以由其它两个术语之一替代。已经使用的这些术语和表达形式用作描述的术语而不是限制，并且使用这些术语和表达形式不排除所示的和所描述的特征或其多个部分的任意等同形式，并且各种修改在所声明的技术的范围之内是可能的。术语“一种”可以指代它所修饰的一个或一个以上元件(例如，“一种试剂”可以表示一种或多种试剂)，除非上下文十分明确描述了元件中的一个元件或元件中的多于一个的元件。尽管已经通过代表性实施例和任选特征具体揭示了本技术，但可以对本文揭示的方面进行修改和变更，并且可以认为这些修改和变更在本技术的范围内。

本技术的某些实施例在随附的一项或多项权利要求中陈述。