纤保护层；5.连接套； 6.单光纤保护层；7-1.入射光纤跳线，；7-2.出射光纤跳线；
[0022] 图2 :本发明实施的ATR探头晶体结构及光路不意图：a.探头晶体下维角；b.光线 在晶体圆锥面入射角；c.光线在晶体上表面入射角；d.探头晶体上锥面直径；
[0023] 图3 :本发明设计原理示意图：a.探头晶体下锥角；x.入射红外光与探头晶体台 柱位移；d.探头晶体上锥面直径；
[0024] 图4 :本发明实施的整体结构原理图。
【具体实施方式】
[0025] 请见图1，本发明包括ATR晶体探头1，入射光纤2-1、出射光纤2-2,不锈钢的手柄 套3,双光纤保护层4和单光纤保护层6,连接套5,入射光纤跳线7-1、出射光纤跳线7-2 : ATR晶体探头1与入射、出射光纤耦合；不锈钢制成的手柄套3从ATR晶体探头1台柱处将 ATR晶体探头1和入射、出射光纤包裹，对探头和光纤有一定的保护作用，而且方便操作；入 射、出射光纤在连接套5处分离，不锈钢制成的连接件对入射和出射光纤的分离部分起到 了一定的支撑和保护作用；没有被不锈钢包裹的入射、出射光纤被双光纤保护层4保护，入 射、出射光纤与耦合头通过光纤跳线相连接。
[0026] 请见图4,本发明的具体实施结构图，将本发明应用到傅立叶变换红外光谱仪中， 通过耦合头与光谱仪光路的耦合将红外光引出傅立叶红外光谱仪，使红外光在ATR晶体探 头上发生衰减全反射，实现在体检测。
[0027] 本发明实施的关键在于对与光纤耦合的ATR晶体探头1的材料和几何参数进行了 选择和设计。为了保证尽可能多的红外光在晶体表面全反射并被最大程度的接收，提高红 外光的利用率，本发明通过详细的计算和分析对晶体探头的材料和几何参数进行选择和设 计。
[0028] ATR晶体探头1选择的晶体材料为ZnSe晶体。由于ZnSe晶体折射率为2. 4,样本 折射率取普遍值1. 5,通过计算可看出，ZnSe不仅能够满足全反射条件，且在与空气及样品 的接触表面拥有很大的入射角余量，可以保证有更多的红外光得到利用，因此ZnSe晶体满 足我们对ATR晶体探头1的材料要求。
[0029] 如图2所示，ATR晶体探头1设计为截锥形，由于是与光纤耦合，因此晶体探头的 几何参数需要参照与其耦合的光纤参数，下面以本发明具体实现的中红外空心光纤ATR耦 合探头为例详述。该具体实现的中红外空心光纤ATR耦合探头采用的HWEA7501200型号中 红外空心光纤，内径0. 75mm，外径1. 2mm。如图1所示，ATR晶体探头的下锥面与入射、出射 光纤2耦合，因此ATR晶体探头1的下锥面设计为2. 5mm。
[0030] 如图2所示，设ATR晶体探头1未知几何参数：下锥角为a，上锥面直径为d。由 全反射临界角计算公式sina=n?sin90°及ZnSe晶体折射率2. 4可得ZnSe晶体全反 射临界角为36.68°。如图2,由反射定律及角度关系可以看出：Za=Zb，Zc+2Zb = 180。，解得 24.62。<Za<71.66。。同时考虑到 2Zb>90°，所以45°<Za <71.66°。由全发射临界角定义只能确定Za的范围，还无法确定其他我们所要确定的参 数，因此，需要通过其他要求来确定。随着中红外光束体探头圆柱表面位移x的减小，经过 探头圆锥表面反射后的中红外光无法落到晶体探头的下锥面，通过反射定律可以列出关系 式：
【主权项】
1. 一种中红外ATR光纤禪合探头，其特征在于： 包括ATR晶体探头（1)、入射光纤（2-1)、出射光纤（2-2)、手柄套（3)、双光纤保护层 (4)、单光纤保护层（6)、连接套（5)、入射光纤跳线（7-1)、出射光纤跳线（7-2); 所述ATR晶体探头（1)由化Se晶体材料制成，外形为削去锥尖的截头圆锥柱，即后段 为圆柱，前段为截头圆锥；梯形的底部锥角为45-71°，上锥面直径为0. 5-lmm ; 所述入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2 )前段并在一起并通过所述双光纤保护层（4 )包 裹；所述入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2)前端与ATR晶体探头（1)禪合； 所述入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2)后段分开并分别用单光纤保护层（6)包裹；所述 入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2)末端分别连接入射光纤跳线（7-1 )、出射光纤跳线（7-2); 所述连接套（5 )包裹在所述入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2 )分开处，且连接套（5 ) - 直搭接到双光纤保护层（4)和单光纤保护层（6)上； 所述手柄套（3 )安装在入射光纤（2-1)和出射光纤（2-2 )前段且包裹住ATR晶体探头 (1)的后段； 所述413晶体探头（1)的下锥面直径为2^^^ 2. 1 ft巧/入射、出射光纤（2)的直径，单 位为毫米； 所述入射光纤（2-1)、出射光纤（2-2)为中红外空屯、光纤，波长范围为。
2. 根据权利要求1所述的中红外ATR光纤禪合探头，其特征在于： 所述的ATR晶体探头为化Se晶体，底部锥角为70°，上锥面与下锥面直径分别为 0. 75mm、2. 5mm ; 所述入射和出射光纤的内径、玻璃层外径和缓冲层外径分别为750 ym、950 ym和 1200 ym。
【专利摘要】一种中红外ATR光纤耦合探头，属于生物医学光子学、分子光谱测定及装置技术领域。它包括ATR晶体探头（1）、入射光纤（2-1）、出射光纤（2-2）、手柄套（3）、双光纤保护层（4）、单光纤保护层（6）、连接套（5）、入射光纤跳线（7-1）、出射光纤跳线（7-2）。本发明通过采用中红外空心光纤和ZnSe晶体探头耦合的方法，并通过合理设计使其灵活、方便，可实现小面积单点探测和原位测量，同时又避免了光散射等因素引起的光谱变形，提高了红外光谱的质量，适于在体检测或活体检测，拓宽了ATR光谱测量技术在生物医学工程领域中的应用范围，在生物医学领域拥有广阔的应用前景。
【IPC分类】G01N21-552
【公开号】CN104535539
【申请号】CN201410808975
【发明人】尹建华, 吴曰超, 张学喜, 马坤, 毛之华
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月23日