專利名稱：光多路分用系統(tǒng)的制作方法
光多路分用系統(tǒng)
相關申請
本專利申請要求2010年7月I日提交的名稱為“基于小型化寬譜線性陣列的光多路分用系統(tǒng)(Miniaturized Broad Spectrum Linear Array Based OpticalDemultiplexing System) ”的美國臨時專利申請第61/360，560號的權益,發(fā)明人為JamieKnapp，代理人卷號為NPT-0337-PV，所述專利申請的全部內容通過引用結合在此。技術領域背景技術
濾光片用在各種應用中。例如，這些裝置一般用在眾多儀器應用中，包括生物醫(yī)學臨床化學分析器、色彩分選儀、原子光譜吸收儀等。通常，在用于這些類型應用的儀器中，濾光片可以鄰近光檢測器定位，并用來縮小入射在光檢測器上的光信號的光譜范圍或帶寬。示范性光檢測器包括光伏式傳感器、光電導傳感器、光電倍增器等。在一些情況中，可以使用多個濾光片順序地將寬譜光信號分割為小的窄波長光信號。
圖1展示了 一種光學系統(tǒng)I，所述光學系統(tǒng)包括被配置用于支撐多個濾光片5的濾光片輪3。示范性濾光片5可以包括帶通濾光片，其中濾光片輪3支撐的每個獨立的濾光片5可以被配置用于傳輸預定的波長范圍或光帶。濾光片輪實施例3被配置用于圍繞其軸線7旋轉，從而允許選擇性地定位設置在輪上的每個濾光片?？梢赃x擇性地確定濾光片輪的位置以便將所需的濾光片置于一個位置，在所述位置上濾光片被配置用于使窄譜范圍的光通過它傳輸至光檢測器9。因此，可以順序地將寬譜光信號11重新配置為對應于濾光片5中的每一者的多個窄光譜信號13。盡管已經證明這些基于濾光片輪的光譜分析裝置配置是有幫助的，但也已發(fā)現(xiàn)了很多缺點。例如，利用圖1中所示的基于濾光片輪的系統(tǒng)的測量過程似乎是一種費力的、耗時的過程，因為需要機械地旋轉濾光片輪3。另外，這種基于濾光片輪的系統(tǒng)實際上趨于大型裝置，機電復雜度高，壽命有限，并且購買和維護成本昂貴。
各種其它光多路分用配置也已經開發(fā)出來。如圖2所示，一些多路分用系統(tǒng)19將入射光21導向平面分色光束分離器23A,所述分離器將此光分為兩個光譜信號。反射的光譜信號通過濾光片25進行引導并最終到達檢測器27。透射的光譜信號通過分色光束分離器23A傳輸至后續(xù)的分色光束分離器23B,分色光束分離器23B同樣地重復入射光的光譜分離，即將信號的一部分引導向檢測器，同時將入射光的一部分傳輸至后續(xù)的分色光束分離器?？梢詫⒏鞣N分色光束分離器23配置用于反射入射信號的較小光譜部分。每個分色光束分離器23/帶通濾光片25對可稱為“通道”。每個通道可具有專用的光傳感器或光電傳感器27，其可以包括光電二極管、光電倍增管(PMT)等，這種裝置用于分析具有小波長或光譜帶(由分色光束分離器23和帶通濾光片25來確定)的入射光。
對于所示的實施例，整個單元可以包含在殼體29中。在此實例中，裝置包括6個波長通道，但通道的數(shù)量可以依據(jù)儀器的具體應用而定。盡管這些系統(tǒng)提供了一些優(yōu)于以上所述濾光片輪系統(tǒng)的優(yōu)點，但也發(fā)現(xiàn)了很多缺點。例如，分色光束分離器23/帶通濾光片25對的鄰近通道之間的光串擾就是一個問題。這種現(xiàn)象會大大降低裝置的精度并且還會引入測量誤差。為了減少或最小化這種有害效應，這些實施例的通道實際上常常彼此相互遠離。不幸地是，這種物理間隔以及用于這種類型的實施例的大型專用光電傳感器的普遍使用(常常使用典型的0.5英寸直徑的硅光電二極管)導致裝置配置較大(長度上通常是6英寸到18英寸)、笨重并且昂貴。另外，由于入射光的發(fā)散/會聚，這些裝置的較長長度會降低光在每個傳感器27上的成像精度。這種裝置的小幅振動也會影響此成像精度。結果會是性能低下，包括不穩(wěn)定的信號漂移、某些情況下過多的噪聲和串擾。
相比于基于光濾光片-濾光片系統(tǒng)，已經開發(fā)出了很多使用光柵代替濾光片的多路分用配置。這些系統(tǒng)利用從衍射光柵反射至小光電二極管或緊湊型線性二極管陣列的光。盡管基于光柵的系統(tǒng)提供了一些優(yōu)于基于濾光片的系統(tǒng)的優(yōu)點，但也發(fā)現(xiàn)了很多缺點。例如，對于基于光柵的配置，成本是主要的缺點。在大部分應用中，昂貴的高質量光柵常常工作良好，然而，對于需要最低可能成本和簡單性的應用而言，廉價光柵的質量有限。在這種情況中，光柵到光柵的可重復性可能效果不佳，并且信噪比和光密度(OD)可能不太理想。例如，一些單光柵多路分用系統(tǒng)可能被限制到大約2.50D。其它缺點可包括對光學準直的高敏感性、機械復雜性以及對操作溫度的高敏感性。
就波長范圍為330nm至1200nm的光學檢測而言，帶通濾光片通常利用成本效益高的分層結構制造，這種分層結構由吸收性的彩色玻璃或染料組成，還包括透明玻璃，在透明玻璃上沉積了各種多層光干涉涂層。這種類型的標準IOmm直徑濾光片具有良好的光學性能(通常>70%的透射率)并且成本大約為$15每只。對于一些生物醫(yī)學以及測量/控制應用而言，需要在更短的紫外線(U.V.)波段中進行光學檢測，例如在具有大約230nm到大約320nm的波長的光波段中。在這種U.V.光波長范圍中，由于分層環(huán)氧樹脂產生的光吸收和在此波長范圍內缺乏彩色玻璃和染料，這些標準的低成本分層濾光片可能是不適合的。相反，用在紫外光譜中的這類濾光片通常利用氣隙金屬-電介質-金屬(MDM)型設計來制造。這類MDM濾光片一般不受光學吸收環(huán)氧樹脂的限制，因此當受到紫外光照射時提供比基于環(huán)氧樹脂的設計更好的壽命和性能。
圖3展示了紫外線MDM型光學帶通濾光片實施例的橫截面。如圖所示，MDM型裝置33包括支撐熔凝石英襯底37的殼體35。光學涂層39 (通常包括冰晶石和鋁的交錯層)可以應用于襯底37，并可以用于定義濾光片的通帶(例如，中心波長在大約200nm至大約320nm的紫外光波長范圍內并且半帶寬為標稱8nm到大約12nm)。涂層39還可以用于在通常40D等級上過濾至少大約1200nm的所有帶外光。氣密密封件41可用于保護環(huán)境敏感的涂層39，因為涂層39通常是水溶性的。在使用過程中，氣密密封件41的故障一般會導致濾光片39的快速退化并最終導致MDM濾光片裝置33的現(xiàn)場故障。這種類型濾光片的缺點中的一些是它們通常較大(典型地，直徑不小于0.5英寸)、更厚(標稱值大約5_)，并且它們還比較昂貴(在一些情況中每個大約$200每個)。
圖4的示圖展示了典型濾光片/檢測器實施例在大約200nm至大約320nm的前述紫外光波長范圍內的凈濾光片/檢測器響應度，以安培數(shù)每瓦特(A/W)為單位。出于說明的目的，圖4示出了當與標準硅(Si)光電二極管光檢測器配合使用時的270nm MDM濾光片的性能。在此波長范圍內，典型的UV增強型硅光電二極管可具有大約0.08A/W的響應度。如圖4所示，這種濾光片/檢測器組合實施例的凈響應度大約為0.01A/W。
如以上討論的，現(xiàn)有的多通道光分析器是有益的，但也存在各種缺點。需要一些光多路分用系統(tǒng)，它們可以小型化，可以以合適的價格制造，能夠保持光學精度和可靠性或這些性能的任意組合。發(fā)明內容
一種光多路分用裝置的一些實施例可以包括至少一個光檢測器元件陣列(而不是分立式傳感器)和一個多路分用組合件。所述多路分用組合件可以光學連接至所述陣列并且包括多個光通道，每個光通道由至少一個帶通反光片和至少一個濾光片形成。每個帶通反光片可以大體上沿著所述多路分用組合件的輸入信號軸線而設置并且每個通道可以被配置用于將所選波長范圍內的光信號傳輸至所述光檢測器元件陣列的作用部分。所述陣列的作用部分還可以與鄰近通道的光檢測器元件的作用部分相隔離。
一種光多路分用裝置的一些實施例可以包括至少一個光檢測器元件陣列和一個多路分用組合件。在一些情況中，所述光檢測器元件陣列可以是連續(xù)的光檢測器元件陣列。所述多路分用組合件可以光學連接至所述光檢測器元件陣列并且包括多個光通道，每個光通道由至少一個帶通反光片和至少一個帶通濾光片形成。帶通濾光片可以設置在擋板組合件的濾光片腔體中，所述濾光片腔體至少部分地由設置在所述濾光片的輸出表面上的支撐擋板限界。所述支撐擋板還可以包括輸出孔口。所述擋板組合件還可以包括設置在所述濾光片腔體與鄰近光通道之間的濾光片擋板。
一種光多路分用系統(tǒng)的一些實施例包括第一模塊，所述第一模塊與光信號光連通并且包括UV光檢測器陣列，所述UV光檢測器陣列被配置用于檢測UV光而不是具有大于約425nm的波長的光。所述第一模塊還包括用于其中每個光通道的全電介質帶通濾光片。第二模塊還可以被設置為與所述光信號光連通并且包括可見光檢測器陣列，所述可見光檢測器陣列被配置用于檢測光信號的寬帶，并且所述第二模塊包括用于每個光通道的全電介質帶通濾光片。
一種對光信號進行多路分用和分析的方法的一些實施例可以包括將寬帶白光信號通過一個樣本傳播至多路分用組合件的第一帶通反光片并從所述第一帶通反光片反射所述光信號的第一光譜帶。然后，所述第一光譜帶可以通過所述多路分用組合件的第一帶通濾光片進行傳播。光的其余光譜可通過所述第一帶通反光片傳輸并傳播至第二帶通反光片。然后，所述光信號的第二光譜帶可以從所述第二帶通反光片反射并通過所述多路分用組合件的第二帶通濾光片傳播。在所述第一光譜帶已經通過所述第一帶通濾光片之后，可以利用線性光檢測器陣列的第一作用部分檢測所述第一光譜帶的振幅。在所述第二光譜帶已經通過所述第二帶通濾光片之后，可以利用所述線性光檢測器陣列的第二作用部分檢測所述第二光譜帶的振幅。
一種光多路分用裝置的一些實施例可以包括至少一個連續(xù)光檢測器元件陣列以及一個多路分用組合件。所述多路分用組合件可以光學連接至所述陣列并且所述多路分用組合件可以包括多個光通道，每個通道被配置用于將所選波長范圍內的光信號傳輸至所述光檢測器元件陣列的作用部分，所述作用部分與鄰近通道的光檢測器元件的作用部分相隔離。
某些實施例在以下說明、實例、權利要求和附圖中進一步描述。當結合所附示范性附圖時，實施例的這些特征將從以下詳細描述中變得清晰。


附圖示例了本技術的實施例并且不用于限制。出于清晰地和易于說明的目的，附圖可以是不成比例的，并且在一些實例中，可能夸大或放大顯示各種方面以幫助理解特定實施例。
圖1展示了一種濾光片輪的實施例。
圖2展示了一種光多路分用系統(tǒng)的實施例，每個通道具有獨立的光檢測器。
圖3展示了一種UV光帶通濾光片實施例。
圖4是典型的最終濾光片/光檢測器實施例的響應度的圖形表示。
圖5是包括殼體和線性光檢測器陣列的多路分用系統(tǒng)實施例的透視圖，所述線性光檢測器陣列連接至PC板的管腳插座，所述PC板與任選的處理器和顯示單元操作連通。
圖6展示了結合光信號源的圖5的多路分用系統(tǒng)實施例，所述光信號源包括被配置用于使光穿過材料樣本并進入殼體的入射光瞳的光源。
圖6A是具有9個光通道的圖5的多路分用系統(tǒng)實施例的示意性正視圖。
圖7是包括殼體和線性光檢測器陣列的圖5A的多路分用系統(tǒng)實施例的透視圖。
圖7A是一種線性光檢測器陣列組合件的透視圖。
圖7B是CXD芯片類型的光檢測器陣列組合件的透視圖。
圖7C是圖7B中的組合件的光檢測器陣列的被環(huán)繞部分的放大視圖。
圖8是光擋板組合件實施例的俯視圖。
圖9是圖8的擋板組合件實施例的側視圖。
圖10是沿著圖9的線10-10截取的圖9的擋板組合件的截面的放大視圖。
圖11是帶通反光片安裝組合件的正視圖。
圖12是圖11的帶通反光片安裝組合件的俯視圖。
圖13是具有14個光通道的多路分用系統(tǒng)實施例的示意性正視圖。
圖14是圖13的多路分用系統(tǒng)的部分截面的放大視圖。
圖15展示了一種低成本單襯底UV濾光片實施例的剖視圖。
圖16是最終濾光片/光檢測器的實施例的響應度的圖形表示。
圖17展示了包括UV兼容模塊的一種多路分用系統(tǒng)的實施例，所述UV兼容模塊具有沿著同一光軸定位的基于碳化硅(SiC)的線性陣列和用在可見光中的基于Si的線性光檢測器陣列。
圖18展示了一種緊湊型多路分用系統(tǒng)的實施例，所述系統(tǒng)包括彼此鄰近定位的用于U.V.模塊的SiC線性陣列和用于可見光模塊的Si線性光檢測器陣列，以便實現(xiàn)全230nm至1200nm波長檢測配置(紅外光陣列可用于將此波長范圍擴展至大約4500nm)。
圖19展示了一種緊湊型多路分用系統(tǒng)的實施例，所述系統(tǒng)包括彼此鄰近定位的用于U.V.模塊的獨立SiC光檢測器陣列和用于可見光模塊的Si線性光檢測器陣列，以便實現(xiàn)全230nm至1200nm波長檢測配置(紅外光陣列可用于將此波長范圍擴展至大約4500nm)。
具體實施方式
圖5至12展示了一種性能改進的小型化光多路分用(下文稱為“MINI DEMUX”)裝置的實施例。如圖所示，MINI DEMUX裝置60包括至少一個光檢測器陣列，所述陣列的形式可以是具有多個檢測器元件的線性光檢測器陣列。這種線性陣列可以包括緊湊型光電二極管陣列62，其中所述陣列的每個檢測器元件或二極管可以沿著連續(xù)的線性配置來設置。在一些情況中，這種連續(xù)線性陣列配置62可使其每個光檢測器元件接觸或幾乎接觸陣列62的鄰近光檢測器元件。光電二極管陣列62可以具有固定至其上的至少一個多路分用(下文稱為“DEMUX”)組合件。在一些情況中，光電二極管陣列62可以包括具有長度L的Hamamatsu S_4111_35Q裝置，如圖7所示。在一些情況中，線性陣列的長度L可小于大約3英寸,更具體地,小于大約2英寸。Hamamatsu裝置,型號S-4111-35Q以及類似型號由 Hamamatsu 光電公司(325-6, Sunayama-cho, Naka-ku, Hamamatsu 市，Shizuoka 縣，430-8587，日本)制造。優(yōu)選地，可以使用任意樣式的合適光電二極管裝置或任意長度、寬度或其它橫向尺寸的其它光檢測器裝置。
用于陣列62或以下討論的任意其它陣列的連續(xù)的或順序鄰近的光檢測器元件的數(shù)量可以是檢測器元件72的任意適合的數(shù)量。例如，一些陣列實施例62可以具有大約10個檢測器元件72至大約100個檢測器元件72或更多，更具體地，大約20個檢測器元件至大約50個檢測器元件，甚至更為具體地，大約30個檢測器元件至大約40個檢測器元件。這種線性光檢測器陣列62的實例示于圖7A中。適合的光檢測器陣列62還可以包括一些實施例，在這些實施例中檢測器元件不是配置為線性陣列，而是配置為二維陣列，就像可能在電荷耦合裝置(CCD)芯片實施例中看到的那樣。圖7B和7C展示了 CCD型芯片檢測器陣列62'的實施例，所述陣列具有在二維矩陣中排列的多個檢測器元件72'。C⑶芯片62'的管腳配置和電耦合可與線性陣列62相同或相似。對于光檢測器陣列62和62'的一些實施例，每個光檢測器元件72或72'的尺寸可以比較小，例如這類檢測器元件72或72'可以具有大約Imm到大約4_的輸入表面的橫向尺寸。因此，適于裝置60 (具有大約8個通道至大約10個通道)的陣列62可以使大約35個這類檢測器元件72排列在線性陣列中，總長度小于大約3英寸，更具體地，小于大約2英寸。檢測器元件72或72'可以被配置用于對光進行檢測并針對各種波長將入射光能量轉換為電能。在一些情況中，每個光檢測器元件可以被配置用于將入射光能量轉換為電壓，所述電壓與入射在其上的光的振幅或強度成正比或以其它方式根據(jù)所述振幅或強度而變化。一般而言，一些陣列光檢測器元件實施例72或72'可以被配置用于檢測并轉換具有大約230nm至大約4500nm波長的光，更具體地大約340nm至大約1200nm波長的光，在一些情況中還包括其它波長。
在一些情況中，圖7中所示的DEMUX組合件64可以黏附地粘合至光電二極管陣列62的表面。可選擇地，任意類型的技術或裝置可用于將DEMUX組合件64附接至光電二極管陣列62，包括但不限于機械連接、緊固件、殼體、焊接、釬焊、粘合劑等。在一些實施例中，DEMUX組合件64可以不可拆卸地連接至光電二極管陣列62?？蛇x擇地，DEMUX組合件64可以可拆卸地連接至光電二極管陣列62。
如圖5所示，在一些情況中，MINI DEMUX裝置60可以通過管腳插座65電連接至印刷電路(PC)板63，而管腳插座電連接至PC板63。陣列62可以通過導體管腳68連接至管腳插座65，導體管腳從陣列62延伸并進入插座65上的插頭中。PC板63可以包括與緊湊型光電二極管陣列62電連通的各種電路。PC板63的電路可以包括可被配置用于放大陣列62的光檢測器兀件72的輸出電壓的信號放大器67等。PC板63還可以任選地與處理器和/或顯示裝置63A電連通或信息連通。在一些實施例中，處理器63A可以包括計算機和顯示監(jiān)視器。一個或一個以上連接裝置68可以在光電二極管陣列62上形成或與其連通。在一些實施例中，連接裝置68包括允許光電二極管陣列62電連接至襯底(例如，像PC板63或插座65)的管腳。
再次參見圖5，DEMUX組合件64包括構成封閉體的殼體，所述封閉體具有被配置用于在其中接收至少一個光信號65A的一個或一個以上輸入孔口 66。對于一些實施例，殼體構成了環(huán)繞DEMUX組合件64的組件的封閉體，所述封閉體可以防止或減少不需要的噪聲或與DEMUX組合件64的組件接觸的光信號。本文討論的圖5至19中所示的裝置實施例中的任意一種還可以接收多個這類光學或光信號65A,例如,2個、3個、4個、5個或更多光信號65A。圖6展示了與光信號65A連通的MINI DEMUX裝置60的一個可能布置的示意圖，通過這種布置，使光66A從光源67A穿過材料樣本68A來產生光信號65A。然而,通過裝置60可以分析任意適合的光信號，不論何種光源。在一些實施例中，光源67A可以包括寬光譜光源，例如氙氣或鹵素類型的燈泡。在一些情況中，在進入裝置60的輸入孔口 66之前，還可以對光信號進行準直或部分準直。光信號65A沿著圖6A所示的輸入軸線進入輸入孔口 66。
圖6A展示了所使用的MINI DEMUX裝置60的示意性圖示。如圖所示，MINI DEMUX裝置60的光電二極管陣列60可以包括多個光檢測器元件72。光檢測器元件72線性地排列，以便用于圖6A所示的實施例。可選擇地，光檢測器元件72可以采用任意類型的配置進行排列。而且，光電二極管陣列60可以包括位于其上的窗口 74。因此，光檢測器元件72可以位于窗口 74產生的氣密密封件內。如圖所示，光信號65A沿著輸入軸線74A進入裝置60，所述輸入軸線可以繼續(xù)線性地穿過多路分用組合件的主體。
如圖8至10所示的擋板組合件76這樣的子組合件可以被配置用于支撐鄰近裝置60的至少一個光檢測器元件72的至少一個濾光片78。對于一些實施例，每個濾光片78可以被配置為一個帶通濾光片78以使光的預定義窄光譜帶(可能需要用于所希望的應用)通過。例如，第一帶通濾光片78可以被配置用于傳輸波段中心在大約340nm的光，而第二鄰近濾光片78可以被配置用于經過它傳輸具有大約380nm的中心波長的光。因此，一系列光學帶通濾光片78可以被配置用于經過它們獨立地傳輸波長中心在大約340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm 或 800nm 的光。在一些情況中，可以將光帶通濾光片78配置并安排為將所述裝置的最短波段傳輸至最接近輸入孔口 66的通道(即濾光片78')，沿著光信號路徑的后續(xù)光帶通濾光片78被配置用于經過它傳輸具有順序增加的波長中心的光帶。具體而言，濾光片78'可以被配置用于傳輸或傳遞中心在大約340nm處的光帶,下一個通道中心可在大約380nm,下一個通道在405nm,以此類推。每個帶通濾光片78的波段選擇性還可以結合每個對應的帶通反光片92的選擇性反射能力而起作用，以便為多路分用組合件的每個通道定義光譜帶。尤其在一些情況中，可能希望帶通反光片92和帶通濾光片78都選擇性地使入射光束的光譜帶寬變窄(以不同等級或量使光帶變窄)。這種多路分用裝置的實施例和以下討論的任意其它實施例可以包括上文討論的通道波長，但還可以包括任意適合數(shù)量的通道，這些通道可被配置用于傳遞中心在任意所需波長處的任意所需光譜帶寬，這取決于具體的應用。
另外，對于一些實施例，可能希望帶通反光片92在寬于光通道的最終光帶的波長范圍中反射預定的光帶。通道的最終帶寬可以通過通道的對應帶通濾光片78進行細調或微調，所述通道在所需的波長范圍上傳遞光帶以便由陣列62的光檢測器72進行檢測。對于以上討論的340nm通道,帶通反光片92可能反射大約315nm至大約360nm的輸入光信號的相對寬子帶，同時在一些情況中通過透射將剩余的光帶傳遞至光學系統(tǒng)中的下一個帶通反光片92。在這種情況下，315nm至360nm光帶包含或包括通道的最終所需的光帶，而且更寬，并且可以利用不十分精確的光學器件來實施。然后，315nm至360nm光帶傳播至沿著帶通反光片92的輸出軸線設置的通道的對應帶通濾光片78。帶通濾光片78接著進一步使通道的光帶縮窄至所需的最終用于分析的光譜帶，所述光譜帶可為從大約335nm至大約345nm,中心波長位于預先選擇的340nm。出于各種原因，這種配置是有利的。具體而言，這種配置只將感興趣的波長引導至特定通道的帶通濾光片78。這樣的配置還可以允許使用具有更低精度等級的帶通反光片92，因為帶通濾光片78將執(zhí)行最終調節(jié)。在要求高精度組件的多路分用陣列實施例中，可以使用Newport公司(Corion Products, 8East Forge Parkway,富蘭克林，馬薩諸塞州)制造的帶通濾光片78，例如型號SSBF-340(或其它型號)，或帶通反光片92，例如型號SSBF-DC-340 (或其它型號)。
在一些情況中，帶通反光片92可以被配置用于傳遞對應帶通濾光片78的帶寬的大約2倍到大約4倍的帶寬。另外，對于一些實施例，帶通反光片92的制造帶寬或性能容差可以大于帶通濾光片78。例如，在一些情況下，帶通反光片92的帶寬容差可以是大約正負5nm,而帶通濾光片78的容差可以是大約正負2nm。因此,對于一些實施例,光通道的帶通反光片92可以反射具有小于大約50nm寬度的光帶，而同一個通道的對應帶通濾光片78可以進一步將光信號縮窄至小于約15nm的帶寬，更具體地小于約12nm，甚至更為具體地小于約10nm。以上討論的這些參數(shù)還可以應用于所有的380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm或800nm以及任意其它適合波長的通道。
對于一些實施例，在完全不使用帶通濾光片78的情況下，可以使用非常高精度的帶通反光片92來構成多路分用組合件的光通道。在這種實施例中，這些反光片92可以僅反射精確的窄波長范圍，例如前文針對帶通濾光片78討論的光帶。例如，340nm帶通反光片92的反射帶寬可以被配置為大約10nm(例如以上針對340nm帶通濾光片78所討論的)。然后，可將此窄光譜帶引導至一個或一個以上適合的暴露的檢測器陣列元件72上。在這種較低成本的配置中，最佳的光線性度和串擾可能與同時使用帶通反光片92和帶通濾光片78的那些配置的性能等級不同，但對于特定的應用而言可為足夠的(標稱2.50D比4.50D性能)。
另外，可以使用一種相反的方法，其中將帶通反光片92配置為具有很少或幾乎沒有光譜功能，但這種方法僅用于在背離光信號軸線的橫向上反射或以其它方式重新引導所需百分比的入射光信號，使其穿過帶通濾光片78，并到達一個或一個以上對應的光檢測器元件72上。在這類實施例中，在將信號傳輸至陣列62以進行檢測之前，光譜窄化功能的所有或大部分將由組合件的光通道的帶通濾光片78來執(zhí)行。對于這類配置的一些實施例而言，帶通反光片92可以從多路分用組合件中完全省略，并允許光信號在所述組合件的多路分用殼體的內部體積內以稍微隨機的模式進行內部反射，直到光信號的多個部分穿過光通道的帶通濾光片78并隨后由陣列62進行檢測。對于這類實施例，還可能希望多路分用組合件的殼體97的內部體積94的內表面涂覆有反射涂層或以其它方式包括一個表面，所述表面反射光信號以便最小化殼體97的內表面對光信號的吸收。
除了任選地被配置用于產生傳遞至陣列62的光信號的最短波長，最靠近輸入孔口 66(對應于圖6A中所示的濾光片78')的第一通道在其支撐擋板中還可以具有更大的孔口 85'，并且被配置用于將較短波長的光信號傳輸至光檢測器陣列62的更大區(qū)域(相對于鄰近通道)。就對應于大約 340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm或800nm的波長的波長通道的帶寬而言，可以基于MINI DEMUX裝置60的具體應用來選擇這些波長。除了能夠選擇用于特定通道的任意所需中心波長外，還可以選擇更窄的帶寬以便足以提供所需的分辨率和選擇更寬的帶寬以便允許所需量的信號通過濾光片。帶寬還可以用于根據(jù)波長來調節(jié)檢測器陣列62的變化的響應度。也就是說，具有較低響應度的波長的通道可以被選擇為具有較寬的帶寬，以允許更多信號通過濾光片78到達檢測器陣列62。在一些具體示范性實施例中，以上討論的波段可以是大約6nm至大約12nm，更具體地，大約8nm至大約10nm。
再次參見圖8至10，MINI DEMUX裝置60可以包括多個擋板以減少或防止測量誤差。例如，裝置60的多路分用組合件的每一通道可以包括一個或一個以上支撐擋板80和一個或一個以上濾光片擋板84，這些擋板可為整體擋板組合件76的一部分。支撐擋板80可以包括支撐表面82，所述支撐表面被配置用于提供圍繞每個濾光片腔體的底部設置的橫檔并嚙合和支撐濾光片78。因此在一些情況中，帶通濾光片78的底表面可以與圖10所示的對應支撐擋板80的支撐表面82相接觸。支撐擋板80還可以包括孔口 85。擋板80和84可以被配置用于減少或消除“出血”，即在每個濾光片78周圍行進而形成的外部光線(這可能在相當大程度上引入測量誤差)。另外，為了最大化或以其它方式控制輸出信號，可調整每個濾光片78的支撐擋板80的孔口 85的尺寸以便將光傳輸至陣列62的一個或一個以上檢測器元件72。對于一些實施例，為了幫助隔離每個通道(從而減少或防止串擾)，一個或一個以上不作用的光檢測器元件72可以分隔每個或多個作用光檢測器元件72，從而創(chuàng)建陣列的作用部分和陣列的不作用部分，這將在以下針對圖13和14的實施例更為詳細地進行討論。在一些情況中，陣列的不作用部分可以包括一個或一個以上接地的光檢測器元件72。因此，與不作用部分或區(qū)域相關聯(lián)的連接器68可以保持接地或去除。在一些情況中，陣列62的作用部分(孔口 85被配置用于將光信號投射在所述部分上)可以包括一個或一個以上檢測器元件。對于一些具體實施例，三個光檢測器元件的每個作用區(qū)域可以由一個單一不作用光檢測器元件來分隔，然而在這方面，可以使用任意適合的或需要的配置。
濾光片擋板84可以位于光帶通濾光片78之間，這樣它們就被設置在彼此鄰近的光帶通濾光片78的側邊之間形成的間隙中。在一些情況中，濾光片擋板可以與帶通濾光片的側邊接觸，在其它實施例中，在濾光片擋板84的外表面與鄰近帶通濾光片78之間可以存在間隙。對于一些配置而言，每個通道的支撐擋板80和濾光片擋板84結合殼體的壁部的鄰近部分可以形成濾光片腔體。這種濾光片腔體可以被配置用于將入射在通道的陣列的作用部分上的光限制到對應于所述通道的光帶。因此，濾光片擋板84光學地將濾光片78和作用的檢測器區(qū)域86與來自鄰近光通道的散射的、誤引導的、或不需要的光相隔離，從而改進了優(yōu)于現(xiàn)有技術裝置的測量精度。濾光片擋板84可以采用各種配置由任意類型的材料制成，只要這些配置提供設置在鄰近濾光片元件78之間的光信號65A不能通過的屏障。在一些情況中，亞光黑陽極電鍍鋁可以用于擋板實施例80和84。如圖9至10所示，可以將濾光片擋板84配置為相對于支撐擋板80具有連續(xù)結構。在一些實例中，濾光片擋板84的底邊緣可以設置在對應的鄰近支撐擋板80的頂表面上或與其相連續(xù)，這樣在它們之間就不存在間隙，并且光信號65A中沒有一個部分可以在濾光片擋板84與支撐擋板80之間通過。
對于圖8至10所示的擋板組合件實施例76，擋板組合件76可以采用連續(xù)整體結構的形式，所述結構包括底板和在其上由一塊單一材料形成的擋板結構。在一些情況下，這種組合件76可以由一個單一鋁塊或其它適合的材料機器加工而成。如圖10所示，濾光片擋板84還可以在鄰近的對應濾光片78的輸入表面上方垂直地延伸，從而防止從一個濾光片78反射或散射至鄰近通道的光的透射。
再次參見圖6A，至少一個帶通反光片(例如分色光束分離器92)可以位于腔體94內，所述腔體針對裝置60的每個通道在MINI DEMUX裝置60的殼體中形成。每個帶通反光片92可以與裝置60的每個通道的對應濾光片78鄰近并與其光連通。對于一些實施例，帶通反光片92可以包括分光鏡，所述分光鏡被配置用于在背離光信號65A的輸入軸線74A并朝向濾光片78的橫向方向上反射光信號65A的所需波段，同時將通過它的所需波段之外的基本上所有光沿著輸入軸線進行傳輸并任選地傳輸至多路分用組合件的光學系統(tǒng)中的下一個帶通反光片92上。各種裝置可以用作帶通反光片，包括但不限于反光鏡(包括分色鏡濾光片)、光柵等。在一些實例中，裝置60的每個通道的濾光片78和同一通道的對應鄰近帶通反光片92可以是波長匹配的，從而通過它向陣列62傳輸窄帶寬的光，以便對每個光帶或通道進行檢測和強度測量。對于圖11中所示的帶通反光片92的分色光束分離器實施例以及其它實施例，每個帶通反光片92可以具有板狀配置并且設置在相對于輸入信號軸線74A成大約45度的角度上。在一些情況中，帶通反光片92可以設置在相對于輸入信號軸線74A成大約42度到大約48度的角度上。每個帶通反光片92還可以在圖11和12所示的多路分用組合件的殼體97的殼體部分或側面板95的對應插槽93中固定地保持在相對于輸入信號軸線74A成所需角度的適當位置上。通常，殼體97的側面板95中的插槽93的每一個可以大致上彼此平行，設置在其中的帶通反光片92也同樣如此，但這樣做并不是必要的。殼體97的側面板95的帶通反光片插槽93還可以是如圖11的分色偏移所示的順序形式中的側向偏移，以下將更為詳細地討論。
這種配置的結果是，帶通反光片92、濾光片78和發(fā)光二極管陣列62的鄰近的對應作用區(qū)域86可以形成或定義裝置60的光通道。帶通反光片92在一些情況中可以共線對準。在一些實施例中，帶通反光片92不需要共線對準。例如，如果分色光束分離器用于帶通反光片92，那么每個裝置92可以相對于每個鄰近帶通反光片92稍微側向偏移，以便在光信號被帶通反光片92折射時調節(jié)光它的位移。如圖11和圖14的后續(xù)實施例所示，帶通反光片92和192可以利用分色偏移進行配置并可以在沿著輸入軸線的橫向方向上稍微順序地偏移，以便在帶通反光片92的傾斜方向上調節(jié)光信號中的側向移位。由于帶通反光片92的折射率誤匹配以及環(huán)境空氣，當光信號穿過或折射通過具有變化內部角的每個帶通反光片92時，在光信號中就會出現(xiàn)移位。相對于軸線74A的側向移位量可主要取決于帶通反光片92的厚度。從第一帶通反光片92沿著輸入軸線74A的光路或光學系統(tǒng)到最后一個帶通反光片92的全部或累積分色移位可大致上如圖11所示。對于9通道MINI DEMUX裝置60 (例如，如圖5至12所示，總長度小于大約2至3英寸)，在一些情況中每個帶通反光片92可以與鄰近帶通反光片92分隔不到大約4mm的距離。另外，對于一些實施例，陣列62的每個作用部分的中心與鄰近作用部分的中心可分隔不到大約1_的距離。
對于一些實施例,在使用過程中，光信號65A進入多路分用組合件64的輸入孔口66中并沿著圖6A所示的輸入軸線74A傳播至第一帶通反光片92的輸入表面99。第一帶通反光片實施例92可以采用第一分色光束分離器92的形式，如上所討論的，所述分離器從其輸入表面反射所述光信號的第一光譜帶，這樣第一光譜帶的射束可以被橫向地導引離開光信號軸線74A。對于一些實施例，第一光譜帶可以是裝置60的所有通道的最短波段。接著，反射的第一光譜帶通過多路分用組合件64的第一帶通濾光片78'進行傳播。同樣如上所討論的，第一帶通濾光片78'可以比與其鄰近設置的后續(xù)帶通濾光片78更大?？卓?5'設置在第一帶通濾光片78'下方的支撐擋板80中，并且濾光片78'的輸出表面的面積還可以大于鄰近通道的孔口 85。
然后，未由第一帶通反光片92反射的光的其余光譜可以從第一帶通反光片92的輸出表面101傳輸或傳播出來并傳播至第二帶通反光片92的輸入表面99,第二帶通反光片也可以采用沿著裝置60的輸入軸線74A設置的第二分色光束分離器的形式。光的第二光譜帶可以由此第二分色光束分離器反射并引導至第二帶通濾光片78。此后，未由第二帶通反光片92反射的光的其余光譜可以經過第二帶通反光片92進行傳輸并傳播至第三帶通反光片92。接著，第三光帶可以由此第三帶通反光片92反射并引導至多路分用組合件64的第三帶通濾光片78。這個過程可以針對特定裝置60的每個通道實施，并且可以持續(xù)下去，直到最終的光譜帶從裝置60的光學系統(tǒng)中最后一個通道的最后一個帶通反光片92反射。此最后一個光譜帶可以透射通過最后一個帶通濾光片78。在第一光譜帶通過第一帶通濾光片78'之后，第一光譜帶接著傳播至光檢測器陣列62的第一作用部分且其振幅由陣列62的第一作用部分檢測。然后在傳播穿過第二帶通濾光片78并撞擊在陣列的第二作用部分的作用光檢測器元件上之后，第二光譜帶的強度或振幅由陣列62的第二作用部分檢測。
對于一些實施例，以上方法可以包括分析第一光譜帶和后續(xù)光譜帶的振幅以獲得與光信號有關的分析結果。對于一些實施例，光射束可以穿過材料樣本以產生進入裝置60用于分析的光信號。已穿過所述樣本材料的此光信號還可以與未穿過樣本材料的光信號進行比較，以便獲得樣本材料在不同頻率處的吸收性質。在一些情況中，第一光譜帶的振幅可以由線性陣列的一個經隔離的第一作用部分檢測，所述第一作用部分與線性陣列的第二作用部分通過線性陣列的不作用部分而分隔。在一些情況中，第一光譜帶可以從第一帶通反光片向第一帶通濾光片的輸入表面?zhèn)鞑?，距離小于大約4_。對于一些實施例，第二光譜帶可以從第二帶通反光片向第二帶通濾光片的輸入表面?zhèn)鞑?，距離小于大約4.5mm，并且第三光譜帶從第一帶通裝置向第二帶通裝置傳播，距離小于大約5_。
圖13和14展示了 MINI DEMUX裝置160的另一個實施例的示意性剖視圖，所述裝置包括14個通道，而不是以上討論的裝置60的9個通道。另外，裝置160可以具有以上就MINI DEMUX裝置60討論的那些相同特征、尺寸或材料中的任意一種或全部，反之亦然。如圖所示，MINI DEMUX裝置160的光電二極管陣列160可以包括多個光檢測器元件172。如圖所示，所述陣列的光檢測器元件172線性排列。任選地，光檢測器元件172可以采用任意其它適合的配置進行排列。另外，光電二極管陣列160可以包括定位并密封在其上的窗口174。因此，通過窗口 174可以將光檢測器元件172定位在氣密密封件內。
擋板子組合件176可以被配置用于支撐陣列162的至少一個光檢測器元件172附近的至少一個濾光片178。對于一些實施例，每個濾光片178可以被配置用于傳遞光的預定光譜帶，所述光譜帶可如特定所需應用的要求那樣寬或窄。例如，濾光片178A可以被配置用于傳輸具有大約340nm波長的光，而鄰近濾光片178B可以被配置用于經由其傳輸具有大約380nm波長的光。因此，一系列濾光片178可以是獨立元件，它們被配置用于通過它們獨立地傳輸波長中心在 340nm、380nm、405nm、510nm、546nm、578nm、620nm、630nm、670nm、700nm以及SOOnm的光帶的光。如以上所討論的，中心在以上波長或任意其它所需波長集合處的光帶的帶寬也可以按照所需應用的帶通濾光片元件178的構造需要來調整。
對于一些實施例，濾光片178'可以被配置用于通過它傳輸最短波長光信號的帶寬，沿著裝置160的光學系統(tǒng)的后續(xù)濾光片178被配置用于通過它傳輸波長增加的光。設置在DEMUX組合件164的起點(鄰近孔口 166)的帶通濾光片17V也可以比其它濾光片更大，并且支撐擋板182'的孔口 185'也可以比其它孔口更大，以便比鄰近通道覆蓋更多的檢測器元件。覆蓋更多數(shù)量的檢測器元件172可以用在一些實施例中，以補償在某些光信號波長處檢測器元件172的降低的響應度。產生補償效果的原因是，由于與(已穿過一個或一個以上帶通反光片或光束分離器192)的光信號相關的反射和吸收，裝置160的起點處的光信號也已經受較少衰減。
MINI DEMUX裝置160還可以包括多個擋板以防止或減少測量誤差。例如，裝置160可以包括一個或一個以上支撐擋板180以及一個或一個以上濾光片擋板184。支撐擋板180可以包括被配置用于嚙合并支撐對應的或匹配的濾光片178的支撐表面182，并且可以被配置用于減少或消除“出血”，即在每個濾光片178周圍行進而形成的外部光線(這可能在相當大程度上引入測量誤差)。另外，為了使輸出信號最大化，可以調整每個濾光片178的尺寸以便將光傳輸至一個或一個以上檢測器元件172。在一些情況中，為了幫助隔離每個通道(從而防止串擾)，陣列162的不作用部分的一個或一個以上不作用光檢測器元件172A可以分隔陣列162的作用部分的每個或多個作用光檢測器元件172B，從而形成作用通道區(qū)域186和不作用通道區(qū)域188。對于一些實施例，不作用光檢測器元件172A可以電接地以使元件172A去激活并且還截斷電子在陣列162的不作用部分的半導體材料上的漂移或遷移。因此，與所述區(qū)域相關聯(lián)的連接器168可以保持接地或去除。
圖13和14中所示的濾光片擋板184可以位于濾光片178之間。因此，濾光片擋板184可以用于光學地將濾光片178以及作用檢測器區(qū)域186與來自鄰近光通道的散射的、誤引導的、或不需要的光相隔離，從而改善測量精度。濾光片擋板184可以采用以上討論的各種配置由任意種類的材料制成。在某些情況下，所述裝置的性能可超過一些當前裝置的性能(線性度和串擾)大約兩個數(shù)量級(4.50D比2.50D)。
仍參見圖13和14，至少一個帶通反光片192可以位于在MINI DEMUX裝置160的殼體內形成的腔體194內。對于一些實施例，帶通反光片192包括分色鏡，所述分色鏡被配置用于將中心在所需波長處的光帶反射至濾光片178，同時通過它傳輸大致上所有的不同波長的光。任意種類的適當裝置都可以用作帶通反光片，包括但不限于反光鏡(包括分色光束分離鏡)、濾光片、光柵等。由此，在一些實施例中，濾光片178和帶通反光片192可以是波長匹配的，從而經由其傳輸窄帶寬的光。因此，帶通反光片192、濾光片178和光電二極管陣列162的鄰近的對應作用區(qū)域186可以包括光通道。在所說明的實施例中，帶通反光片192可以是共線對準的。在替代實施例中，帶通反光片192無需為共線對準的。例如，如果分色光束分離器用于帶通反光片192，那么它們可以相對于彼此而偏移，如上討論用于調節(jié)光信號的每個折射部分的位移。
圖15展示了用在MINI DEMUX裝置60、160或在此討論的任意其它適合的多路分用實施例中的濾光片178的實施例的剖視圖。濾光片178包括一個單一的薄熔凝石英襯底202。在一些情況中，襯底可以具有大約0.5mm至大約Imm的厚度,更具體地,大約0.6mm至大約0.8mm,甚至更為具體地,大約為0.7mm,但襯底可以由任意種類的材料以任意類型的厚度、直徑和橫向尺寸制成。一個或一個以上光涂層204可以施加到襯底202。任意種類的適合材料可用于形成具有所需性質的光學涂層。對于一些實施例，光學涂層204可應用于襯底202的單一表面上。對于其它實施例，光學涂層204可應用于襯底202的兩個表面或多個層。另外，多個光學涂層204或其層可應用于襯底202。
在一些情況中，光學涂層204可以包括堅硬、持久、耐受環(huán)境的電介質材料(例如氧化鉿或氧化鋯和二氧化硅)的多層膜。與使用基于金屬的光學涂層的現(xiàn)有技術裝置不同的是，不需要氣密密封件來保護所述裝置免受環(huán)境退化的影響。因此，幾乎所有的光反射都可以通過光學反射而非吸收來完成。在所需波長范圍內產生的光的帶內傳輸因此可以遠高于MDM類型的濾光片(大約90%)。另外，除了基于純硅的檢測器(Si)，當前的全電介質方法可以允許DEMUX164連接至基于氮化硅(SiC)的檢測器。然而Si具有高達大約1200nm的光譜靈敏度，SiC只具有大約425nm的光譜靈敏度(基于SiC的檢測器裝置光學上無法識別高于425nm的所有波長)。因此，SiC與本文揭示的當前的全電介質帶通濾光片一起使用可為理想的。值得注意的是，這種全電介質濾光片的成本遠低于通常使用的MDM帶通濾光片。
圖16圖示了在典型的UV范圍(230nm至320nm)中MINI DEMUX裝置60或160的一個實施例的凈濾光片/檢測器響應度A/W。更具體地，圖16展示了與碳化硅光電二極管配合使用時圖15所示的示范性270nm全電介質濾光片178的性能。在此波長處，典型的碳化硅光電二極管可以具有大約0.1A/W的響應度。如圖16所示，這種濾光片/檢測器組合的凈響應度可為大約0.09A/W，幾乎優(yōu)于一些MDM/硅檢測器組合實施例一個數(shù)量級。另外，與Si不同的是，SiC光傳感器通常對紫外光照射具有穩(wěn)健性，具有改善的現(xiàn)場壽命并具有長期的穩(wěn)定性。
圖17展示了一種寬光譜線性MINI DEMUX裝置的實施例的剖視圖。一般而言，圖17所示的MINI DEMUX裝置210可具有以上討論的MINI DEMUX裝置60和160的那些適當特征、尺寸或材料中的任意一種，然而，裝置210還包括一些額外特性。如圖所示，MINI DEMUX裝置210包括第一 DEMUX組合件或模塊212，所述模塊包括入孔215和具有輸出軸線的出孔216。裝置210還包括至少一個第二 DEMUX組合件或模塊214，所述模塊具有光學連接至第一模塊212的出孔216的入孔217。第一和第二 DEMUX組合件可按照以上描述來制造并且通?？砂ㄅc裝置60和160相同或類似的特征、尺寸和材料。然而，每個DEMUX組合件212,214被特定配置為檢測離散的波長范圍。例如，對于一些實施例，第一 DEMUX組合件212可以被配置用于檢測高達大約380nm波長的UV光，而第二 DEMUX組合件214可以被配置用于檢測大約380nm或更長波長的光。因此，在DEMUX組合件212與DEMUX組合件214之間，帶通反光片192、濾光片178和檢測器元件172可以不同。
圖18展示了一種緊湊型多模塊多路分用系統(tǒng)的實施例，所述系統(tǒng)包括彼此鄰近定位的用于U.V.模塊的SiC線性陣列和用于可見光模塊的Si線性光傳感器陣列，以實現(xiàn)全230nm至1200nm波長檢測配置(紅外光陣列可以用于將此波長范圍擴展至大約4500nm)。一般而言，圖18所示的MINI DEMUX裝置220可以具有以上討論的MINI DEMUX裝置60和160的那些適合特征、尺寸或材料中的任意一種，然而裝置220還包括一些額外特征。具體而言，圖18說明了多個DEMUX組合件或模塊可以平行定位的替代實施例。如圖所示，MINI DEMUX裝置220包括第一 DEMUX組合件222和第二 DEMUX組合件224。如所說明，第一帶通反光片226和反光片的第二帶通裝置228可用于將光引導至DEMUX組合件222和224中。在使用過程中，光學或光信號230可以入射在第一帶通反光片226上，所述反光片將所選帶通范圍之外的光引導至第二帶通反光片228。帶通范圍內的光232通過第一帶通反光片226傳輸至第一 DEMUX組合件222。同樣,第一帶通反光片226反射的光234可以由第二帶通反光片或反光片228引導至第二 DEMUX組合件224中。類似于前述實施例，每個DEMUX組合件222、224可以被配置用于檢測小波長范圍內的光。而且，任意數(shù)量的DEMUX組合件可以采用線性或平行配置進行耦合。例如，可以采用線性或平行配置耦合深UV DEMUX組合件、UV DEMUX組合件、可見光DEMUX組合件、近紅外DEMUX組合件和遠紅外DEMUX組合件。
圖19展示了一種緊湊型多路分用系統(tǒng)的實施例，所述系統(tǒng)包括彼此鄰近定位的用于U.V.模塊的個別SiC光傳感器陣列和用于可見光模塊的Si線性光檢測器陣列，以實現(xiàn)全230nm至1200nm波長檢測配置(在一些情況中，紅外光陣列可用于將此波長范圍擴展至大約4500nm)。一般而言，圖19所示的MINI DEMUX裝置22(V可以具有以上討論的MINIDEMUX裝置220的那些適合特征、尺寸或材料中的任意一種，然而裝置22(V還包括一些額外特征。所述實施例包括替代的多路復用裝置220'，其中短波長模塊222'使用小型分立式SiC(或類似的)光傳感器172'，而較長波長模塊224繼續(xù)使用前文所述的Si線性陣列。例如，這種小型傳感器172'可以密封在標準5_ T0-18殼體內。底座、擋板和其它設計特征可以模仿圖14所示的和以上討論的實施例的那些器件。這種模塊可以采用串聯(lián)或緊湊平行的配置來制造。當進行直接成本比較時，與基于現(xiàn)有技術的MDM/Si傳感器的方法的大約$1000相比，本發(fā)明的4通道UV模塊的制造成本約為$85 (另外還有幾乎一個數(shù)量級的信號增加)。
就以上詳細說明而言，本文所用的相似參考標號可以表示類似的元件，這些元件可以具有相同的或相似的尺寸、材料和配置。盡管已經說明并描述了實施例的特定形式，但在不偏離本發(fā)明實施例的精神和范圍的情況下可以進行各種修改，這將是顯而易見的。因此，這并不表示本發(fā)明受到前述詳細說明的限制。
本文參考的每個專利、專利申請、出版物以及文獻的整體是通過引用結合在此。以上專利、專利申請、出版物和文獻的引用并不是承認前述內容中任意一項是相關的現(xiàn)有技術，也不構成對這些文獻的內容或日期的任何承認。
在不偏離本技術的基本方面的前提下，可以對前述實施例進行修改。盡管已參考一個或一個以上具體實施例十分詳細地描述了本技術，但可以對本專利申請中具體揭示的實施例做出改變，然而這些修改和改進涵蓋在本技術的范圍和精神之內。本文以適當方式說明性地描述的技術可以在不具有本文未具體揭示的任意一個或一個以上元件的情況下實施。因此，例如在本文的每個實例中，術語“包括”、“基本上由...組成”以及“由...組成”中任意一個可以由其它兩個術語之一替代。已經使用的這些術語和表達形式用作描述的術語而不是限制，并且使用這些術語和表達形式不排除所示的和所描述的特征或其多個部分的任意等同形式，并且各種修改在所聲明的技術的范圍之內是可能的。術語“一種”可以指代它所修飾的一個或一個以上元件(例如，“一種試劑”可以表示一種或多種試劑)，除非上下文十分明確描述了元件中的一個元件或元件中的多于一個的元件。盡管已經通過代表性實施例和任選特征具體揭示了本技術，但可以對本文揭示的方面進行修改和變更，并且可以認為這些修改和變更在本技術的范圍內。
本技術的某些實施例在隨附的一項或多項權利要求中陳述。
權利要求
1.一種光多路分用裝置，其包括: 至少一個光檢測器元件陣列；以及 光學連接至所述陣列的多路分用組合件，所述多路分用組合件包括多個光通道，每個光通道由至少一個帶通反光片和至少一個濾光片形成，每個帶通反光片大體上沿著所述多路分用組合件的輸入信號軸線設置并且每個通道被配置用于將所選波長范圍內的光信號傳輸至所述光檢測器元件陣列的作用部分，所述作用部分與鄰近通道的光檢測器元件的作用部分相隔尚。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列包括連續(xù)的線性陣列。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列的所述作用部分包括單一光檢測器兀件。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列的所述作用部分包括多個光檢測器兀件。
5.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中設置在對應于所述裝置的鄰近光通道的所述光檢測器元件陣列的鄰近作用部分之間的至少一個光檢測器元件經接地以便將所述陣列的所述鄰近作用部分電隔離。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個接連通道的所述帶通反光片相對于所述裝置的輸入軸線橫向偏移，以便當輸入信號穿過每個接連帶通反光片時調節(jié)所述輸入信號的橫向移位。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約3英寸。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約2英寸。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列包括大約10個光檢測器元件到大約100個光檢測器元件。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個帶通反光片與一個或一個以上鄰近帶通反光片分隔小于大約4mm的距離。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述陣列的每個作用部分與所述陣列的一個或一個以上鄰近作用部分分隔小于大約Imm的距離。
12.—種光多路分用裝置，其包括: 至少一個光檢測器元件陣列；以及 光學連接至所述光檢測器元件`陣列的多路分用組合件，所述多路分用組合件包括: 多個光通道，每個光通道由至少一個帶通反光片和設置在擋板組合件的濾光片腔體中的至少一個帶通濾光片形成，所述濾光片腔體至少部分地由設置在所述濾光片的輸出表面上的支撐擋板限界并且包括輸出孔口和設置在所述濾光片腔體與鄰近光通道之間的濾光片擋板。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述光檢測器元件陣列包括連續(xù)的線性陣列。
14.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述光腔體的所述濾光片擋板的底邊緣抵靠所述光腔體的所述支撐擋板的頂表面而設置。
15.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述濾光片擋板垂直地延伸越過與所述支撐擋板鄰近而設置在所述濾光片腔體內的所述濾光片的頂表面或輸入表面。
16.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約3英寸。
17.根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約2英寸。
18.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中鄰近于所述多路分用組合件的輸入孔口設置的通道包括所述組合件的最大輸出孔口。
19.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中每個通道的帶波長隨著距所述多路分用組合件的輸入孔口的距離增加而增加，以補償由于較短波長產生的所述光檢測器元件的較低響應度。
20.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述支撐擋板在所述濾光片腔體的底部周圍形成邊緣，在中間具有輸出孔口，所述輸出孔口與所述光檢測器陣列的作用部分鄰近設置。
21.根據(jù)權利要求12所述的裝置，進一步包括具有內部體積的殼體，所述內部體積環(huán)繞所述帶通反光片、濾光片和擋板組合件。
22.根據(jù)權利要求21所述的裝置，其中所述殼體的所述內部體積的內表面包括被配置用于吸收雜散光信號的亞光黑飾面。
23.根據(jù)權利要求21所述的裝置，其中分色帶通反光片完全跨越所述殼體的所述內部體積而橫向延伸。
24.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中每個接連通道的所述帶通反光片相對于所述裝置的輸入軸線橫向偏移，以便當輸入信號穿過每個接連帶通反光片時調節(jié)所述輸入信號的橫向移位。
25.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約3英寸。
26.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中所述多路分用組合件總長度小于大約2英寸。
27.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中每個帶通反光片與一個或一個以上鄰近帶通反光片分隔小于大約4mm的距離。
28.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中每個通道對應于由所述陣列的不作用部分分隔的所述陣列的唯一作用部分，并且所述陣列的所述作用部分與一個或一個以上鄰近作用部分分隔小于大約Imm的距離。
29.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中每個帶通反光片以相對于所述裝置的所述輸入光軸線成大約45度角設置。
30.一種光多路分用系統(tǒng),其包括: 第一模塊，其包括UV光檢測器陣列，所述UV光檢測器陣列被配置用于檢測UV光而不是具有大于約425nm的 波長的光，并且所述第一模塊包括用于所述第一模塊的每個光通道的全電介質濾光片；以及 第二模塊，其包括可見光檢測器陣列，所述可見光檢測器陣列被配置用于檢測光信號的寬帶，并且所述第二模塊包括用于所述第二模塊的每個光通道的全電介質濾光片。
31.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一模塊包括多路分用模塊，所述多路分用模塊包括多個光通道。
32.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第二模塊包括多路分用模塊，所述多路分用模塊包括多個光通道。
33.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一模塊的所述U.V.光檢測器陣列包括SiC陣列。
34.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第二模塊的所述可見光檢測器陣列包括Si陣列。
35.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一模塊的所述U.V.光檢測器陣列包括連續(xù)的線性陣列。
36.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第二模塊的所述可見光檢測器陣列包括線性陣列。
37.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一模塊包括用于接受光信號的輸入孔口，所述第一模塊包括被配置用于允許通過的光信號離開所述第一多路分用模塊的出孔，并且其中所述第二模塊包括與所述第一模塊的所述出孔的輸出軸線光連通的輸入孔口。
38.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，進一步包括帶通反光片，所述帶通反光片與所述第一模塊的輸入孔口和所述第二模塊的輸入孔口光連通并且被配置用于使輸入光信號分裂，以便將所述光信號的U.V.帶引導至所述第一模塊的所述輸入孔口并將所述光信號的可見帶引導至所述第二模塊的所述輸入孔口。
39.根據(jù)權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二模塊總長度小于大約3英寸。
40.根據(jù)權利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二模塊總長度小于大約2英寸。
41.一種對光信號進行多路分用和分析的方法，其包括: 將光信號傳播至多路分用組合件的第一帶通反光片； 從所述第一帶通反光片反射所述光信號的第一光譜帶并通過所述多路分用組合件的第一帶通濾光片傳播所述第一光譜帶； 將所述第一帶通反 光片未反射的光的其余光譜從所述第一帶通反光片傳輸至第二帶通反光片； 從所述第二帶通反光片反射所述光信號的第二光譜帶并通過所述多路分用組合件的第二帶通濾光片傳播所述第二光譜帶； 在所述第一光譜帶已經通過所述第一帶通濾光片之后利用線性光檢測器陣列的第一作用部分檢測所述第一光譜帶的振幅；以及 在所述第二光譜帶已經通過所述第二帶通濾光片之后利用所述線性光檢測器陣列的第二作用部分檢測所述第二光譜帶的振幅。
42.根據(jù)權利要求41所述的方法，進一步包括分析所述第一光譜帶和所述第二光譜帶的所述振幅以獲得分析結果。
43.根據(jù)權利要求41所述的方法，進一步包括使光束通過材料樣本以產生所述光信號。
44.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第一光譜帶的所述振幅由線性陣列的經隔離的第一作用部分檢測，所述經隔離的第一作用部分通過所述線性陣列的不作用部分與所述線性陣列的所述第二作用部分分隔。
45.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第一光譜帶在小于約4mm的距離上從所述第一帶通反光片傳播至所述第一帶通濾光片的輸入表面。
46.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中所述第二光譜帶在小于約4.5mm的距離上從所述第二帶通反光片傳播至所述第二帶通濾光片的輸入表面。
47.根據(jù)權利要求41所述的方法，其中光在小于約4mm的距離上從所述第一帶通反光片傳播至所述第二帶通反光片。
48.一種光多路分用裝置，其包括: 至少一個光檢測器元件陣列；以及 光學連接至所述陣列的多路分用組合件，所述多路分用組合件包括多個光通道，每個通道被配置用于將所選波長范圍內的光信號傳輸至所述光檢測器元件陣列的作用部分，所述作用部分與鄰近通道 的光檢測器元件的作用部分相隔離。
全文摘要
本發(fā)明論述多路分解系統(tǒng)和方法，其可以是小型化的并且精確的，無需移動部件。在一些情況中，多路分解實施例可以包括濾光片腔體，所述濾光片腔體包括濾光片擋板和支撐擋板，可以配置這些擋板以最小化雜散光信號檢測和串擾。多路分解組合件實施例中的一些還可以被配置用于有效地檢測U.V.光信號并且至少部分地補償隨光信號波長而變的檢測器響應度的變化。
文檔編號G02B5/20GK103154784SQ201180037175
公開日2013年6月12日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2010年7月1日
發(fā)明者杰米·納普 申請人:新港公司