全波长光谱分析感知装置及其制备方法、分析处理方法与流程

本发明涉及光谱分析，特别涉及一种全波长光谱分析感知装置及其制备方法、分析处理方法。

背景技术：

1、光谱分析是一种重要的分析手段，其用于检测和识别物质的成分和性质。传统的光谱分析方法通常需要大型仪器设备和复杂的操作流程，限制了其在实际应用中的便捷性和实时性。因此，将光谱分析技术芯片化成为一项具有广阔应用前景的研究领域。

2、传统的光谱芯片化方法常常无法实现高度集成和微型化，且在光学传输、信号处理和性能稳定性等方面仍有待改进，现有的光谱芯片化方法存在一些局限性。

3、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中，传统的光谱芯片化方法常常无法实现高度集成和微型化，且在光学传输、信号处理和性能稳定性等方面仍有待改进，现有的光谱芯片化方法存在一些局限性，因此，本发明提供一种全波长光谱分析感知装置及其制备方法、分析处理方法用于解决上述问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种全波长光谱分析芯片化装置，其包括：

3、芯片微纳结构：包括芯片，设置在所述芯片上的陶瓷基板、分别固定在所述陶瓷基板上的微型光源和光源检测器，所述微型光源包括紫外光区、可见光区和近红外光区；

4、光学元件和探测器：集成在所述芯片上，用于光信号的分离、调制和探测；

5、信号处理电路：集成在所述芯片上，用于提取和分析光信号的频谱信息，并处理获得光谱分析结果；

6、应用集成和控制接口：与所述芯片连接，用于与外部设备进行通信和数据交换，实现光谱分析的控制、数据处理和结果显示。

7、在一种实现方式中，所述陶瓷基板为氮化硅陶瓷基板。

8、在一种实现方式中，所述光源检测器用于检查不同波长发出来的光源信号，并将不同光源信号按顺序传出，形成对特征物的唯一信号，所述探测器用于将光信号转换为电信号，并提供光谱特征信息。

9、在一种实现方式中，所述光学元件包括微光栅和微反射镜。

10、在一种实现方式中，所述探测器包括pin二极管、雪崩二极管和半导体的像素阵列中的任意一种。

11、第二方面，本发明还提供一种全波长光谱分析感知装置的制备方法，其具体包括以下步骤：

12、s11、提供和制备芯片微纳结构：在芯片上设计和制备微纳结构，具体包括陶瓷基板、微型光源和光源检测器，所述微型光源包括紫外光区、可见光区和近红外光区；

13、s12、集成光学元件和探测器：在所述芯片上通过光刻以及刻蚀技术，制备纳米级别的微光栅或微反射镜；通过光刻以及摄取方式在所述陶瓷基板上制造探测器；

14、s13、优化信号处理电路：在所述芯片上优化信号处理电路，通过所述信号处理电路提取和分析光信号的频谱信息，并通过数字化处理获得高精度的光谱分析结果；

15、s14、应用集成和控制接口：将光谱芯片与外部设备或系统集成，并提供应用程序接口和控制接口，实现与外部设备通信和数据交换。

16、s15、封装及测试：将所述芯片微纳结构、光学元件和探测器、信号处理电路以及集成和控制接口进行封装，测试性能。

17、第三方面，本发明还提供一种全波长光谱分析感知装置的分析处理方法，其采用上述任意一项所述的全波长光谱分析芯片化装置，具体包括以下步骤：

18、s21、开启微型光源，配合可调谐光学滤波器使其发出不同波长的光；

19、s22、通过光源检测器检查不同波长发出的光的信号，将不同光源信号按顺序传出，形成特征物的唯一信号；

20、s23、通过探测器将扫描的光信号转换为电信号，得到光谱特征信息；

21、s24、通过信号处理电路提取和分析光信号的频谱信息，通过数字化处理获得进一步的光谱分析结果；

22、s25、通过应用集成和控制接口与外部设备进行通信和数据交换，实现光谱分析的控制、数据处理和结果显示。

23、在一种实现方式中，在s21中，所述微型光源为微型白光led或者微型布拉格光栅外腔激光器，通过所述微型光源配合可调谐光学滤波器来生成不同波长的光源信号，所述可调谐光学滤波器包括可调谐光栅或液晶可调谐滤波器。

24、在一种实现方式中，在s21中，发射不同波长的顺序为设置一个光波的波长x，间隔值为y，以x、x+y、x-y、x+2y、x-2y...x+ny、x-ny的形式依次发光，其中，x的波长范围为380～780nm，y的波长范围为1-100nm，n为小于（x/y）的整数。

25、有益效果：本发明通过将光学元件、探测器、信号处理电路以及应用集成和控制接口设置在芯片微纳结构上，实现光谱分析的高度集成和微型化，减少设备体积和复杂性，提高其光学传输和信号处理水平，增加性能稳定性，提高分析效率和实时性；同时，本发明提供的全波长光谱分析芯片化装置以及分析处理方法，具有精度、高灵敏度和高稳定性的特点，可应用于食品安全检测、环境监测、医学诊断等多个领域，增加其应用场景。

技术特征：

1.一种全波长光谱分析芯片化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的全波长光谱分析芯片化装置，其特征在于，所述陶瓷基板为氮化硅陶瓷基板。

3.根据权利要求1所述的全波长光谱分析芯片化装置，其特征在于，所述光源检测器用于检查不同波长发出来的光源信号，并将不同光源信号按顺序传出，形成对特征物的唯一信号，所述探测器用于将光信号转换为电信号，并提供光谱特征信息。

4.根据权利要求1所述的全波长光谱分析芯片化装置，其特征在于，所述光学元件包括微光栅和微反射镜。

5.根据权利要求1所述的全波长光谱分析芯片化装置，其特征在于，所述探测器包括pin二极管、雪崩二极管和半导体的像素阵列中的任意一种。

6.一种全波长光谱分析感知装置的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

7.一种全波长光谱分析感知装置的分析处理方法，其特征在于，采用权利要求1~5任意一项所述的全波长光谱分析芯片化装置，具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的全波长光谱分析感知装置的分析处理方法，其特征在于，在s21中，所述微型光源为微型白光led或者微型布拉格光栅外腔激光器，通过所述微型光源配合可调谐光学滤波器来生成不同波长的光源信号，所述可调谐光学滤波器包括可调谐光栅或液晶可调谐滤波器。

9.根据权利要求7所述的全波长光谱分析感知装置的分析处理方法，其特征在于，在s21中，发射不同波长的顺序为设置一个光波的波长x，间隔值为y，以x、x+y、x-y、x+2y、x-2y...x+ny、x-ny的形式依次发光，其中，x的波长范围为380～780nm，y的波长范围为1-100nm，n为小于（x/y）的整数。

技术总结
本发明涉及一种全波长光谱分析感知装置及其制备方法、分析处理方法。装置具体包括芯片微纳结构、光学元件、探测器、信号处理电路以及应用集成和控制接口。其中，芯片微纳结构包括芯片、设置在所述芯片上的陶瓷基板、分别固定在陶瓷基板上的微型光源和光源检测器，微型光源包括紫外光区、可见光区和近红外光区。光学元件和探测器集成在所述芯片上，用于光信号的分离、调制和探测。信号处理电路集成在所述芯片上，用于提取和分析光信号的频谱信息，并处理获得光谱分析结果。应用集成和控制接口与所述芯片连接，用于与外部设备进行通信和数据交换。本发明实现光谱分析的高度集成和微型化，减少设备体积和复杂性，提高其光学传输和信号处理水平。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳先闻科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27